高二物理電功率教案
一、電功和電功率
1.電功是指__________的功，電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的________、電路中的________和________三者的乘積，表達(dá)式W=________.
2.電功率是指____________________________，P=________=________.
二、焦耳定律和熱功率
1.在一段只有電阻元件的純電阻電路中，電場(chǎng)力所做的功W等于電流通過(guò)這段電路時(shí)發(fā)出的________，即Q=W=__________，由歐姆定律U=IR，熱量Q=________，這就是焦耳定律.
2.一段電路因發(fā)熱而消耗的功率P熱=______，稱為熱功率.純電阻電路上的熱功率可表示為P熱=__________.
3.如果不是純電阻電路，電能除一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，其他部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等，這時(shí)的電功仍然等于______，電阻上產(chǎn)生的熱量仍為_(kāi)_____，此時(shí)電功比電阻上產(chǎn)生的熱量______.
三、閉合電路中的功率
1.EI=U外I+U內(nèi)I，反映了閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系.__________表示電源提供的電功率，________和________分別表示外電路和內(nèi)電路上消耗的電功率.公式表明，電源提供的能量一部分消耗在______上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能量;另一部分消耗在________上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
2.電動(dòng)勢(shì)反映了電源把______________ ______轉(zhuǎn)化為電能的能力.當(dāng)電源流過(guò)單位電時(shí)，若電源電動(dòng)勢(shì)越大，則電源提供的__________越大，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的能力越強(qiáng).
一、電功和電功率
[問(wèn)題情境]
在日常生活中，經(jīng)常會(huì)用到家用小電器，例如電吹風(fēng)、電熨斗等，它們都會(huì)分為幾檔，像電吹風(fēng)可以吹涼風(fēng)、暖風(fēng)和熱風(fēng).你知道如何計(jì)算它們消耗的電能嗎?
1.電流做功的實(shí)質(zhì)是什么?
2.設(shè)加在一段電路兩端的電壓為U，流過(guò)電路的電流為I，試推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式.
[要點(diǎn)提煉]
1.電功的計(jì)算式：______________.
2.電功率的計(jì)算式：____________.
二、焦耳定律和熱功率
[問(wèn)題情境]
隨著家用電器的增多，特別是空調(diào)，電熱器等大功率用電器的使用，引發(fā)的火災(zāi)事故越來(lái)越多.據(jù)統(tǒng)計(jì)很大一部分火災(zāi)的事故原因是導(dǎo)線、插座或開(kāi)關(guān)等元件溫度升高而導(dǎo)致的.電流通過(guò)導(dǎo)體為什么會(huì)發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)呢?
1.什么樣的電路是純電阻電路?
2.電功和電熱相等嗎?
3.比較非純電阻電路中電功與電熱的關(guān)系.
[要點(diǎn)提煉]
1.焦耳定律的表達(dá)式：____________.
2.電功與電熱的關(guān)系：純電阻電路中：________________，非純電阻電路中： __________.
三、閉合電路中的功率
[問(wèn)題情境]
1.閉合電路中電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)、外電壓的關(guān)系是怎樣的.
2.推導(dǎo)閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系并解釋各項(xiàng)的物理意義.[
[要點(diǎn)提煉]
1.閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：______________，對(duì)于純電阻電路該式可寫為_(kāi)_____.
2.電動(dòng)勢(shì)反映了電源把________________轉(zhuǎn)化為_(kāi)___________的能力.
[問(wèn)題延伸]
1.什么是電源的輸出功率?在一個(gè)閉合回路中電源的輸出功率與外電阻之間有怎樣的關(guān)系(純電阻電路)?
2.電源的效率如何計(jì)算?它與外電阻有怎樣的關(guān)系?
例1 有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2 V電壓的電路時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是0.4 A.若把它接入2 V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1 A.
( 1)求電動(dòng)機(jī)正常工作 時(shí)的輸出功率.
(2)若在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為多大?
變式訓(xùn)練1 某吸塵器中的電動(dòng)機(jī)線圈電阻為1 ，接在220 V的直流電壓下，工作電流為1 A，則吸塵器消耗的電功率為_(kāi)_______;發(fā)熱損耗的功率為_(kāi)_______;轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為_(kāi)_______.
例2
圖1
如圖1所示，線段A為某電源的U-I圖線，線段B為某電阻R的U-I圖線， 由上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，則：
(1)電源的輸出功率P出是多大?
(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少?
變式訓(xùn)練2 電路圖如圖2甲所示，圖乙中的圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖象，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為15 ，定值電阻R0=3 .
圖2
(1)當(dāng)R為何值時(shí)，R0消耗的功率最大?最大值為多少?
(2)當(dāng)R為何值時(shí)，電源的輸出功率最大 ?最大值為多少?
思路點(diǎn)撥 求解本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：
(1)由U-I圖象求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.
(2)電路中的電流最大時(shí)，R0消耗的功率最大.
(3)利用電源有最大輸出功率的'條件，求電源的最大輸出功率.
【即學(xué)即練】
1.下列求解電熱的公式中，對(duì)所有電路均適用的是()
A.Q=UIt B.Q=I2Rt
C.Q=U2Rt D.W=Pt
2.一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的輸出功率是10 kW，這表明該電動(dòng)機(jī)工作時(shí)()
A.每秒消耗10 kW電能
B.每秒對(duì)外做10 kW功
C.每秒消耗10 kJ電能
D.每秒對(duì)外做10 kJ功
3.電動(dòng)機(jī)的電樞阻值為R，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，兩端的電壓為U，通過(guò)的電流為I，工作時(shí)間為t，下列說(shuō)法中正確的是()
A.電動(dòng)機(jī)消耗的電能為UIt
B.電動(dòng)機(jī)消耗的電能為I2Rt
C.電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量為I2Rt
D.電動(dòng)機(jī)線 圈產(chǎn)生的熱量為U2tR
4.電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都保持一定，在外電路的電阻逐漸變小的過(guò)程中，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()
A.路端電壓一定逐漸變小
B.電源的輸出功率一定逐漸變小
C.電源內(nèi)部消耗的電功率一定逐漸變大
D.電源的輸出電流一定變大
參考答案
課前自主學(xué)習(xí)
一、
1.電流所做 電壓U 電流I 通電時(shí)間t UIt
2.單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功 Wt UI
二、
1.熱量Q UIt I2Rt 2.Q/t I2R
3.UIt I2Rt 大
三、
1.EI U外I U內(nèi)I 外電路 內(nèi)電路
2.其他形式的能量 電功率
核心知識(shí)探究
一、
[問(wèn)題情境]
1.因電流是自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)形成的，電流做的功，實(shí)質(zhì)上是電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功.
2.推導(dǎo)：t時(shí)間內(nèi)流過(guò)電路的電荷總量q=It，電場(chǎng)力移動(dòng)電荷做的功為W=qU，所以t時(shí)間內(nèi)電流做功W=UIt.
[要點(diǎn)提煉]
1.W=UIt 2.P=UI
二、
[問(wèn)題情境]
1.只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路是純電阻電路.電流通過(guò)純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能.
2.在純電阻電路中，兩者相等;在非純電阻電路中，兩者不相等.
3.非純電阻電路中，電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其他部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等其他形式的能，這時(shí)電功仍然等于UIt，電熱仍為I2Rt，此時(shí)電功大于電熱.
[要點(diǎn)提煉]
1.Q=I2Rt 2.W=Q WQ
三、
[問(wèn)題情境]
1.E=U內(nèi)+U外
2.根據(jù)E=U內(nèi)+U外可得EI=U內(nèi)I+U外I，式中EI表示電源提供的電功率，U外I表示外電路上消耗的電功率;U內(nèi)I表示內(nèi)電路上消耗的電功率.
[要點(diǎn)提煉]
1.EI=U內(nèi)I+U外I EI=I2r+I2R
2.其他形式 的能 電能
[問(wèn)題延伸]
1.電源的輸出功率是指外電路消耗的功率.
當(dāng)外電路為純電阻電路時(shí)，
(1)電源的輸出功率
P出=I2R=E2R+r2R=E2RR-r2+4Rr=E2R-r2R+4r，由此可知當(dāng)R=r時(shí)，電源有最大輸出功率P出max=E24r.
(2)P出與外電阻R的函數(shù)關(guān)系圖象如圖所示 ，從圖中看出當(dāng)Rr時(shí)，若R增大，P出減小.對(duì)一個(gè)確定的電源，除R=r外，外電阻 有兩個(gè)值對(duì)應(yīng)的輸出功率相等，即(ER1+r)2R1=(ER2+r)2R2，化簡(jiǎn)后得到這兩個(gè)阻值的關(guān)系為R1R2=r2.
2.=P出P=IUIE=UE=IRIR+r=RR+r=11+rR，可見(jiàn)，外電阻R越大，電源的效率越高，當(dāng)電源有最大輸出功率時(shí)，=50%，此時(shí)電源的效率并不是最高.
解題方法探究
例1 (1)1.5 W (2)8 W
解析 (1)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)無(wú)機(jī)械能輸出，它消耗的電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可看做純電阻電路，則R=UI=0.5
當(dāng) 加電壓為2 V、電流為1 A時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，有機(jī)械能輸出，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為非純電阻電路，消耗的電能等于轉(zhuǎn)化的機(jī)械能和內(nèi)能之和.
轉(zhuǎn)化的熱功率為P熱=I2R =0.5 W
總功率P總=UI=2 W，則輸出功率P出=P總-P熱=1.5 W.
(2)若在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)被卡住，電動(dòng)機(jī)無(wú)機(jī)械能輸出，看做純電阻電路，此時(shí)的電熱功率為：
P熱=U2R=220.5 W=8 W.
變式訓(xùn)練1 22 0 W 1 W 219 W
例2 (1)4 W (2)2 W
解析 (1)根據(jù)題意，從圖線A可讀出
E=3 V，r=EI=36 =0.5 .
從圖線B可讀出R=UI=1 .
由電源E=3 V，r=0.5 與電阻R=1 組成的閉合電路中，I=ER+r=31.5 A=2 A，則P出=I2R=4 W.
(2)P內(nèi)=I2r=2 W.
變式訓(xùn)練2 (1)0 10.9 W
(2)4.5 13.3 W
即學(xué)即練
1.B [A、D兩選項(xiàng)適合于任何電路電功的計(jì)算.B選項(xiàng)適合于任何電路電熱的計(jì)算.C選項(xiàng)只適合于純電阻電路電熱的計(jì)算.]
2.D [輸出功率是指電動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)對(duì)外所做的功，D項(xiàng)正確.]
3.AC [電動(dòng)機(jī) 為非純電阻元件，由電功、電熱的計(jì)算公式知A、C正確.]
4.B [外電路的電阻逐漸變小的過(guò)程中，由U外=RR+rE知，路端電壓一定逐漸變小.內(nèi)電壓變大，輸出電流一定變大，電源內(nèi)部消耗的電功率一定逐漸變大，但輸出功率不一定變大.]
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