高二物理电功率教案

高二物理电功率教案

　　一、电功和电功率

　　1.电功是指__________的功，电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的________、电路中的________和________三者的乘积，表达式W=________.

　　2.电功率是指____________________________，P=________=________.

　　二、焦耳定律和热功率

　　1.在一段只有电阻元件的纯电阻电路中，电场力所做的功W等于电流通过这段电路时发出的________，即Q=W=__________，由欧姆定律U=IR，热量Q=________，这就是焦耳定律.

　　2.一段电路因发热而消耗的功率P热=______，称为热功率.纯电阻电路上的热功率可表示为P热=__________.

　　3.如果不是纯电阻电路，电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为机械能、化学能等，这时的电功仍然等于______，电阻上产生的热量仍为______，此时电功比电阻上产生的热量______.

　　三、闭合电路中的功率

　　1.EI=U外I+U内I，反映了闭合电路中的能量转化关系.__________表示电源提供的电功率，________和________分别表示外电路和内电路上消耗的电功率.公式表明，电源提供的能量一部分消耗在______上，转化为其他形式的能量;另一部分消耗在________上，转化为内能.

　　2.电动势反映了电源把______________ ______转化为电能的能力.当电源流过单位电时，若电源电动势越大，则电源提供的__________越大，电源把其他形式的能转化为电能的能力越强.

　　一、电功和电功率

　　[问题情境]

　　在日常生活中，经常会用到家用小电器，例如电吹风、电熨斗等，它们都会分为几档，像电吹风可以吹凉风、暖风和热风.你知道如何计算它们消耗的电能吗?

　　1.电流做功的实质是什么?

　　2.设加在一段电路两端的电压为U，流过电路的电流为I，试推导电流做功的表达式.

　　[要点提炼]

　　1.电功的计算式：______________.

　　2.电功率的计算式：____________.

　　二、焦耳定律和热功率

　　[问题情境]

　　随着家用电器的增多，特别是空调，电热器等大功率用电器的使用，引发的火灾事故越来越多.据统计很大一部分火灾的事故原因是导线、插座或开关等元件温度升高而导致的.电流通过导体为什么会发热，产生的热量与哪些因素有关呢?

　　1.什么样的电路是纯电阻电路?

　　2.电功和电热相等吗?

　　3.比较非纯电阻电路中电功与电热的关系.

　　[要点提炼]

　　1.焦耳定律的表达式：____________.

　　2.电功与电热的关系：纯电阻电路中：________________，非纯电阻电路中： __________.

　　三、闭合电路中的功率

　　[问题情境]

　　1.闭合电路中电源电动势和内、外电压的关系是怎样的.

　　2.推导闭合电路中能量的转化关系并解释各项的物理意义.[

　　[要点提炼]

　　1.闭合电路中的能量转化关系：______________，对于纯电阻电路该式可写为______.

　　2.电动势反映了电源把________________转化为____________的能力.

　　[问题延伸]

　　1.什么是电源的输出功率?在一个闭合回路中电源的输出功率与外电阻之间有怎样的关系(纯电阻电路)?

　　2.电源的效率如何计算?它与外电阻有怎样的关系?

　　例1 有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A.若把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A.

　　( 1)求电动机正常工作 时的输出功率.

　　(2)若在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大?

　　变式训练1 某吸尘器中的电动机线圈电阻为1 ，接在220 V的直流电压下，工作电流为1 A，则吸尘器消耗的电功率为________;发热损耗的功率为________;转化为机械能的功率为________.

　　例2

　　图1

　　如图1所示，线段A为某电源的U-I图线，线段B为某电阻R的U-I图线， 由上述电源和电阻组成闭合电路时，则：

　　(1)电源的输出功率P出是多大?

　　(2)电源内部损耗的电功率P内是多少?

　　变式训练2 电路图如图2甲所示，图乙中的图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图象，滑动变阻器的最大阻值为15 ，定值电阻R0=3 .

　　图2

　　(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大?最大值为多少?

　　(2)当R为何值时，电源的输出功率最大 ?最大值为多少?

　　思路点拨 求解本题应把握以下三点：

　　(1)由U-I图象求电源的电动势和内阻.

　　(2)电路中的电流最大时，R0消耗的功率最大.

　　(3)利用电源有最大输出功率的条件，求电源的最大输出功率.

　　【即学即练】

　　1.下列求解电热的公式中，对所有电路均适用的是()

　　A.Q=UIt B.Q=I2Rt

　　C.Q=U2Rt D.W=Pt

　　2.一台电动机的输出功率是10 kW，这表明该电动机工作时()

　　A.每秒消耗10 kW电能

　　B.每秒对外做10 kW功

　　C.每秒消耗10 kJ电能

　　D.每秒对外做10 kJ功

　　3.电动机的电枢阻值为R，电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作时间为t，下列说法中正确的是()

　　A.电动机消耗的电能为UIt

　　B.电动机消耗的电能为I2Rt

　　C.电动机线圈产生的'热量为I2Rt

　　D.电动机线 圈产生的热量为U2tR

　　4.电源的电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐变小的过程中，下列说法错误的是()

　　A.路端电压一定逐渐变小

　　B.电源的输出功率一定逐渐变小

　　C.电源内部消耗的电功率一定逐渐变大

　　D.电源的输出电流一定变大

　　参考答案

　　课前自主学习

　　一、

　　1.电流所做 电压U 电流I 通电时间t UIt

　　2.单位时间内电流所做的功 Wt UI

　　二、

　　1.热量Q UIt I2Rt 2.Q/t I2R

　　3.UIt I2Rt 大

　　三、

　　1.EI U外I U内I 外电路 内电路

　　2.其他形式的能量 电功率

　　核心知识探究

　　一、

　　[问题情境]

　　1.因电流是自由电荷在电场力作用下定向移动形成的，电流做的功，实质上是电场力对自由电荷做功.

　　2.推导：t时间内流过电路的电荷总量q=It，电场力移动电荷做的功为W=qU，所以t时间内电流做功W=UIt.

　　[要点提炼]

　　1.W=UIt 2.P=UI

　　二、

　　[问题情境]

　　1.只含白炽灯、电炉等电热元件的电路是纯电阻电路.电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能.

　　2.在纯电阻电路中，两者相等;在非纯电阻电路中，两者不相等.

　　3.非纯电阻电路中，电能一部分转化为内能，其他部分转化为机械能、化学能等其他形式的能，这时电功仍然等于UIt，电热仍为I2Rt，此时电功大于电热.

　　[要点提炼]

　　1.Q=I2Rt 2.W=Q WQ

　　三、

　　[问题情境]

　　1.E=U内+U外

　　2.根据E=U内+U外可得EI=U内I+U外I，式中EI表示电源提供的电功率，U外I表示外电路上消耗的电功率;U内I表示内电路上消耗的电功率.

　　[要点提炼]

　　1.EI=U内I+U外I EI=I2r+I2R

　　2.其他形式 的能 电能

　　[问题延伸]

　　1.电源的输出功率是指外电路消耗的功率.

　　当外电路为纯电阻电路时，

　　(1)电源的输出功率

　　P出=I2R=E2R+r2R=E2RR-r2+4Rr=E2R-r2R+4r，由此可知当R=r时，电源有最大输出功率P出max=E24r.

　　(2)P出与外电阻R的函数关系图象如图所示 ，从图中看出当Rr时，若R增大，P出减小.对一个确定的电源，除R=r外，外电阻 有两个值对应的输出功率相等，即(ER1+r)2R1=(ER2+r)2R2，化简后得到这两个阻值的关系为R1R2=r2.

　　2.=P出P=IUIE=UE=IRIR+r=RR+r=11+rR，可见，外电阻R越大，电源的效率越高，当电源有最大输出功率时，=50%，此时电源的效率并不是最高.

　　解题方法探究

　　例1 (1)1.5 W (2)8 W

　　解析 (1)电动机不转时，说明电动机无机械能输出，它消耗的电能完全转化为内能，此时电动机可看做纯电阻电路，则R=UI=0.5

　　当 加电压为2 V、电流为1 A时，电动机正常工作，有机械能输出，此时电动机为非纯电阻电路，消耗的电能等于转化的机械能和内能之和.

　　转化的热功率为P热=I2R =0.5 W

　　总功率P总=UI=2 W，则输出功率P出=P总-P热=1.5 W.

　　(2)若在电动机正常工作时被卡住，电动机无机械能输出，看做纯电阻电路，此时的电热功率为：

　　P热=U2R=220.5 W=8 W.

　　变式训练1 22 0 W 1 W 219 W

　　例2 (1)4 W (2)2 W

　　解析 (1)根据题意，从图线A可读出

　　E=3 V，r=EI=36 =0.5 .

　　从图线B可读出R=UI=1 .

　　由电源E=3 V，r=0.5 与电阻R=1 组成的闭合电路中，I=ER+r=31.5 A=2 A，则P出=I2R=4 W.

　　(2)P内=I2r=2 W.

　　变式训练2 (1)0 10.9 W

　　(2)4.5 13.3 W

　　即学即练

　　1.B [A、D两选项适合于任何电路电功的计算.B选项适合于任何电路电热的计算.C选项只适合于纯电阻电路电热的计算.]

　　2.D [输出功率是指电动机单位时间内对外所做的功，D项正确.]

　　3.AC [电动机 为非纯电阻元件，由电功、电热的计算公式知A、C正确.]

　　4.B [外电路的电阻逐渐变小的过程中，由U外=RR+rE知，路端电压一定逐渐变小.内电压变大，输出电流一定变大，电源内部消耗的电功率一定逐渐变大，但输出功率不一定变大.]