2019-2020学年高中物理 第2章 电路 第5节 电功率课件 粤教版选修3-1

第五节电功率1．(1)欧姆表是一种测量__________的仪器，它是由______改装而成的．被测电阻与电流的对应关系为________________．导体电阻电流表Rx＝EI－Rg－r－R0(2)欧姆表在读数时，指针应处于______________．(3)使用欧姆表要注意选择_________，且每调换一次应重新___________．刻度中央附近挡位欧姆调零2．(多选)关于多用电表欧姆挡的刻度线，下列说法中正确的是()A．欧姆零刻度线和电流零刻度线重合B．欧姆零刻度线和电流表满偏刻度线重合C．欧姆表刻度线是不均匀的，欧姆值越大，刻度线越密D．欧姆表刻度线是不均匀的，欧姆值越小，刻度线越密【答案】BC【解析】当将多用电表两表笔短接时，此时测量电阻为零，内部电路的电流值为满偏电流，故B正确．在欧姆表的刻度盘上标出了从0到无穷大的值，显然刻度是不均匀的，当欧姆值越大，对应的数值越大，所以在刻度盘上的刻度线越密，故C正确．3．用多用电表测电阻时，下列注意事项中错误的是()A．测量电路中的某个电阻时，一定要把电阻从电路中断开B．测量时红、黑表笔不能接错C．测量时手指不要与表笔的金属杆接触D．测量时要选择适当的倍率，应使电表的指针在中央刻度的附近，否则要改变倍率，每次更换倍率，都要重新进行欧姆调零【答案】B一、电功和电功率1．电流做功的实质：导体中的______对自由电荷的静电力移动电荷做功，把______转化为_________的能．2．决定电流做功多少的因素：与电路两端的电压、_________、_________有关，用公式表达为W＝________，式中四个量的国际单位分别为______、______、______、____．电场电能其他形式电流强度作用时间UIt焦耳伏特安培秒3．电流做功的快慢表示——电功率(1)定义：____________电流所做的功．(2)公式及单位：P＝________，三个物理量的单位分别是________、________、________．单位时间内UI瓦特伏特安培二、焦耳定律和热功率1．内容：电流通过导体产生的热量跟_________的二次方成正比，跟导体的______及__________成正比．2．公式：Q＝________．3．热功率：___________的发热量，P热＝______．三、闭合电路中的功率EI＝U外I＋U内I，反映了闭合电路中的能量转化关系，式中EI表示电源提供的电功率，U外I、U内I分别表示外电路和内电路上消耗的电功率．作用时间电阻电流强度I2Rt单位时间内I2R电流做功跟电流通过导体产生的热量在数值上有什么关系？【答案】功是能量转化的度量，电流做功的过程也是能量转化的过程，在纯电阻电路中，电能完全转化为内能，即表现为用电器发热，这时电流做的功在数值上等于电热，但在非纯电阻电路中电流做的功在数值上大于电热．一、纯电阻电路和非纯电阻电路1．注意区别负载、负荷与电阻负载或负荷是对用电器功率特征的一种习惯称谓，通常说负载或负荷大，是指用电器的功率大，并不是用电器的电阻大．一般情况下，负载大的用电器电阻反而小，如“220V60W”与“220V100W”的两个灯泡，后者的功率大但电阻较小．电路中的电功率和热功率2．注意区别纯电阻电路与一般电路(1)电路消耗的电能全部转化为电热(内能)的电路称为纯电阻电路，对纯电阻电路有：P电＝P热＝UI＝I2R＝U2R，其中P电＝UI，P热＝I2R．(2)电路消耗的电能并不完全转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能等)，这种电路叫非纯电阻电路，如电动机、电解槽的电路等．对非纯电阻的电路有P电＝UII2R，此时IUR或UIR，决不能乱套用公式．计算电功率只能用P电＝UI，计算热功率只能用P热＝I2R．项目纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器欧姆定律遵从欧姆定律I＝UR不遵从欧姆定律：UIR或IUR能量转化电流做功全部转化为电热电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等二、电功与电热、电功率与热功率的辨析项目电功电热电功与电热的比较电功指电场力移动电荷做的功W＝UIt电热是由于电流的热效应而产生的热量Q＝I2Rt电功和电热的区别和联系纯电阻电路中，U＝IR，UIt＝I2Rt＝U2Rt一般电路中，电流不仅产生热量，还要对外做功，所以电功要大于电热即：UItI2Rt，WQ电功率和热功率的关系纯电阻电路中：P＝UI＝I2R＝U2R非纯电阻电路中：UII2R，U2R既不表示电功，也不表示电热【特别提醒】(1)在纯电阻电路中，由于电功与电热相等，因此公式UIt、I2Rt、U2Rt既可计算电功，也可计算电热．(2)在非纯电阻电器中，只能用UIt计算电功，用I2Rt计算电热，U2Rt无意义．三、电动机模型1．电动机的等效处理电动机是一种非纯电阻型用电器，它把电能转化为机械能和内能．在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成，如图所示，电流通过rD时把电能转化为内能，而线圈D把电能转化为机械能．2．输入功率：电动机的总功率．由电动机电路的电流和电压决定，计算：P总＝UI．3．输出功率：电动机做有用功的功率．如图所示，P出＝mgv(设重物匀速上升)．4．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P热＝I2r．5．功率关系P总＝P出＋P热．6．电动机的效率η＝P出P总×100%．7．解决电动机问题注意分两种情况(1)当电动机正常工作时，要分别搞清电动机的总功率、输出功率和热功率．(2)当电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻电路．例1规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：(1)接上220V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的电功率和发热的功率．解析：(1)排气扇在220V电压下正常工作的电流为I＝PU＝36220A＝0.16A，发热功率P热＝I2R＝(0.16)2×40W＝1W，转化为机械能的功率P机＝P－P热＝(36－1)W＝35W．(2)排气扇扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时通过排气扇的电流为I′＝UR＝22040A＝5.5A，电动机消耗的电功率等于发热功率，即P电＝P热＝I′U＝5.5×220W＝1210W．答案：(1)P机＝35W，P热＝1W(2)P电＝P热＝1210W1．一电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作．(1)在求电动机正常工作1min所消耗的电能时，有以下两种不同的解法：解法一：W＝UIt＝2V×0.8A×60s＝96J解法二：W＝I2Rt＝(0.8A)2×1Ω×60s＝38.4J你认为哪种解法对，请作出判断并说明理由．(2)求电动机正常工作1min所转化的机械能是多少？【解析】对纯电阻电路来说，工作时所消耗的电能全部转化为内能，求所消耗的电能时公式W＝UIt和电热公式Q＝I2Rt可以通用；而对电动机来说，转动时消耗的电能大部分转化为机械能，小部分转化为内能，即W电＝E机械＋E内，由公式W＝UIt求得的是电动机消耗的电能，而由公式W＝I2Rt求得的是转化为内能部分的能量，故转化的机械能E机械＝W电－E内．(1)解法一对．因为电动机工作时电能没有全部转化为内能，而大部分转化为机械能．解法二求出的是电动机工作时产生的电热，只占所消耗电能的一部分．(2)电动机工作1min消耗的电能W＝UIt＝2V×0.8A×60s＝96J，电动机工作1min产生的电热Q＝I2Rt＝(0.8A)2×1Ω×60s＝38.4J，电动机工作1min转化成的机械能W机械＝W－Q＝96J－38.4J＝57.6J．【答案】(1)见解析(2)57.6J一、电源的有关功率和效率闭合电路的功率和效率电功率意义公式电源功率指电源的总功率P总＝EI电源的输出功率指电源提供给外电路的功率P出＝UI电源的内功率指电源自身消耗的功率P＝I2r用电器的额定功率指用电器在正常工作条件下的功率P0＝U0I0电功率意义公式用电器的实际功率指用电器在实际电压下消耗的功率P实＝U实I输电线的损失功率指电流流过输电线时由于发热而消耗的功率P损＝I2R线电源的供电效率电源的输出功率和电源的总功率之比η＝P出P总×100%＝UE×100%二、电源的最大输出功率1．电源输出功率特点(以纯电阻电路为例)P出＝UI＝I2R＝E2r＋R2R＝E2RR－r2＋4Rr＝E2R－r2R＋4r，由此式可看出，当R＝r时，P出有最大值，即Pm＝E24R＝E24r．由图可以看出(1)当R＝r时，输出功率最大，P出＝E24r．(2)当R＜r时，若R增大，P出增大；当R＞r时，若R增大，则P出减小．(3)除R＝r外，图象上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则由ER1＋r2·R1＝ER2＋r2·R2整理得R1R2＝r2．2．电源的效率(1)定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即η＝UIEI＝UE．(2)如果外电路为纯电阻电路，则η＝UE＝IRIR＋r＝RR＋r＝11＋rR，所以外电路电阻越大，电源效率越高．(3)当电源输出功率最大时，R＝r，η＝50%．例2如图所示，电源的电动势为2V，内阻为0.5Ω，R0为2Ω，变阻器的阻值变化范围是0～10Ω.求：(1)变阻器阻值是多大时R0消耗的功率最大？(2)变阻器阻值是多大时变阻器消耗的功率最大，其最大功率为多少？解析：本题考查电源有串联电阻时最大功率问题，可根据功率的定义式和电源输出最大功率的条件加以分析．(1)根据闭合电路欧姆定律，电路中的电流I＝ER0＋R＋r，R0消耗的电功率为P0＝I2R0＝E2R＋R0＋r2·R0＝8R＋2.52W．当R＝0时，R0消耗的功率最大．(2)滑动变阻器R消耗的电功率P＝I2R＝ER＋R0＋r2R＝E2RR＋R0＋r2＝E2R－R0＋rR2＋4R0＋r，当R＝R0＋rR，即R＝R0＋r＝2.5Ω时，R消耗的功率最大，且Pmax＝E24R0＋r＝0.4W．答案：(1)0(2)2.5Ω0.4W►题后反思求电源的输出功率的最大值问题就是数学中求函数极值的问题，因此，写出功率的表达式就可以根据数学知识加以解答．例3用以下的器材测量电动机的输出功率．器材：电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关和导线．(1)画出你设计的电路图，已知电动机内阻和电流表内阻相同，滑动变阻器限流作用不大．(2)若闭合开关后，调节滑动变阻器，电动机未转动时，电压表的读数为U1，电流表的读数为I1；又调节滑动变阻器，电动机转动后的电压表读数为U2，电流表读数为I2，则此时电动机的输出功率为多少？解析：这是关于电动机功率的一道实验探究题，可根据题目中的已知条件确定出滑动变阻器和电流表的接法，然后根据测得的电压、电流计算电动机的输出功率．(1)根据条件，电动机内阻与电流表内阻相同，应采用电流表外接法；滑动变阻器限流作用不大，应采用分压式接法，故画出电路如图所示．(2)电动机未转时可测出内电阻r＝U1I1，转动后的输出功率P＝I2U2－I22r＝I2U2－I22U1I1．答案：(1)见解析(2)I2U2－I22U1I1►题后反思解这一类的探究实验题，首先要分析题意，设计出合理的电路图，然后根据所测数据用功率公式进行计算．2．(2017·汉中二模)如图所示电路中，电源电压u＝311sin(100πt)V，A、B间接有“220V440W”的电暖宝，“220V220W”的抽油烟机，交流电压表及保险丝．下列说法正确的是()A．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3AB．交流电压表的示数为311VC．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D．1min内抽油烟机产生的热量为1.32×104J【答案】A【解析】由公