2024-2025学年沪科选修3-1 4.4 电路中的能量转化与守恒 学案.docx

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1、电路中的能量转化电源的功率4.4电路中的能量转化与守恒学习目标1 .理解电功与电热的区分与联系，驾驭焦耳定律.（重点）2 .理解电功与电功率，驾驭电源的总功率，输出功率及电源的效率.（重点、难点）3 .知道常见用电器及其能量转化的状况，了解电路中能的转化与守恒，树立节约用电的意识.自主预习探新知学问梳理一、电功与电热关系的分析1 .电功的公式：W=Ult-2 .电功率计算公式：P=UI.3 .焦耳定律：O=FRL4 .热功率计算公式：P=PR.5. P=U/是某段电路的电动茎，P=FR是这段电路上的热功率,纯电阻电路中，电功率笠土热功率，非纯电阻电路中电功率大王热功率.二、闭合电路中的能量转化

2、与守恒1 .电源的总功率：P总=旦.2 .电源的输出功率：Pl,=UI.3 .电源的效率：=昌XlOO%=gx100%.4 .在闭合电路中，电源的总功率等于输出功率与内部发热功率之和.基础自测1.思索推断(正确的打“J”，错误的打X.)(1)电功率越大，相同时间内电流做的功越多.(J)(2)依据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的.(X)(3)纯电阻电路和非纯电阻电路工作时能量转化状况相同，都是把电能转化为内能(X)(4)电源产生的电能只消耗在外电路上(X)(5)电源的总功率等于内、外电路消耗的功率之和.(J)(6)电源的输出功率越大，电源的效率越高.(X)【提

3、示】(2)X电功和电热并不完全相同，在某些电路中，电功不肯定能完全转化为电热.(3)纯电阻电路可以把电能全部转化为内能，非纯电阻电路则不能.(4)内电路也消耗电源的能量.(6)输出功率大时效率不肯定高.2 .在电功率的计算公式P=竽中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于()【导学号：69682212A.计算电冰箱的功率B.计算电风扇的功率C.计算电烙铁的功率D.计算洗衣机的功率IfiCP=万只能计算纯电阻电路的电功率，而电冰箱、电风扇、洗衣机都是A非纯电阻电路.只有电烙铁是纯电阻电路，故C正确.3 .在图4-4-1所示的电路中，电源电动势为12V,电源内阻为LOQ,电路中的电

4、阻RO为1.5Q,小型直流电动机M的内阻为0.5Q.闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A.以下推断中正确的是()图4-4-1A.电动机的输出功率为14WB.电动机两端的电压为7.0VC.电动机产生的热功率为4.0WD.电源输出的电功率为24WB电动机两端的电压为U=E-I（Rotr）=ZV,电动机产生的热功率为热=12m=2W,电动机的输出功率为Pl=U/-/2rM=I2W,电源输出的电功率为P2=E/T2）=20W,故B正确.4.（多选）如图4-4-2所示的电路中，电源的电动势E和内电阻广恒定不变，电灯L恰能正常发光，假如变阻器的滑片向沙端滑动，则（）图4-4-2A.电灯L更亮，

5、电流表的示数减小B.定值电阻R2消耗的功率减小C.电灯L变暗，电源的总功率减小D.电灯L变暗，电流表的示数增大EAB知/减滑片向6端滑动，Rl变大，电路中总电阻变大，依据=ghK也十r小，电流表示数减小，依据E=U外+知，U外变大，灯泡两端电压变大，故电灯L更亮.再依据P2=3R2,/减小，/L变大，故/2变小，型功率变小，故C、D错误，A、B正确.合作探究攻重难Mil电功与电热的理解1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较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能的元件欧姆定律听从欧姆定律，/=%不听从欧姆定律，UIR或14能量转化电流做功，电能全部转化

6、为电热电流做功，电能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2.电功与电热的区分与联系(1)纯电阻电路：W=Q=UIt=I2Rt=-tf=P 热=Ul=I2R=R-(2)非纯电阻电路：电功W=U,电热。=/2即，WQ电功率尸电=U/,热功率P热=2r,P电P热.卜例H如图4-4-3所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U=12V,电解槽内阻以=2C,当Sl闭合、S2、S3断开时，电流表A示数为6A；当S2闭合、ShS3断开时，A示数为5A,且电动机输出功率为35W；当S3闭合、ShS2断开时，A示数为4A.求：图4-4-3(1)电炉子的电阻

7、及发热功率各多大？(2)电动机的内阻是多少？(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？思路点拨：电炉子为纯电阻元件，其电阻可用欧姆定律计算，热功率和电功率相等.电动机和电解槽为非纯电阻元件.【解析】(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：R=卷=2其发热功率为：P=f=126W=72W.(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得:所以:Uh-p125-35C一CrM-我一52Q1Q(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得:P牝=Uh-RrA所以P化=(12X442X2)W=I6W.【答案】(1)272W(2)1(3)16W电功、电热的计算方法(1)推断电路中的用电器是纯电阻用电

8、器还是非纯电阻用电器.(2)分析各用电器之间的连接方式，对纯电阻电路，计算时可以利用串联电路的分压特点或并联电路的分流特点.(3)由所求问题选取合适的公式，在非纯电阻电路中计算电功只能用W=UIt9计算电热只能用Q=PRf.欧姆定律的变形式在纯电阻电路中才能通用.(4)对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻用电器，电动机不转动时是纯电阻用电器.针对训练1 .(多选)一台直流电动机的电阻为凡额定电压为U,额定电流为/,当其正常工作时，下述正确的是()【导学号：69682213A.电动机所消耗的电功率为/2RB. Es内所产生的电热为UC. rs内所产生的电热为户用D.，S内输出的机械能为(U

9、-/R)CD电动机所消耗的电功率为UIfA错误；rs内产生的电热为FRt,B错误，C正确；，s内输出的机械能为。一尸心，D正确.2.规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Q,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)假如接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.P36【解析】(1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为：/=万=痂A0.16A.发热功率为Prt=2C=(0.16)240W1W.转化为机械能的功率为:P加=P-P热=36W-1W=35W.扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时

10、电动机中电流为U220_/=斤=丽-A=5.5A,电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：PJ=P=U=220X5.5W=1210W.【答案】(1)35W1W(2)1210W1210W112闭合电路的输出功率和效率1 .电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时探讨如下：(1)电源的输出功率?E?R_层P出=/R=(R+r)2R=(R-r)2+4Rr=(R-r)2,F-+4,由此可知当R=/*时，电源有最大输出功率P出max=昙.(2)P出与外电阻申的函数关系,如图4-4-4：图4-4-4(3)。出与路端电压U的函数关系，如图4-4-5：图4-4-52P=UI=l-=-U2+yU=+*我们可以得出，当

11、U=E时，电源有最大输出功率，即P出max=最2 .电源的效率=100%=7lOO%=77-100%=-100%,可见，当R增大r&匕1K-rr112_1十R时，效率增大.当R=r时，即电源有最大输出功率时，其效率仅为50%,效率并不高.例同如图446所示，石=8V,=2Q,R=8C,&为变阻器接入电路中的有效阻值，问：图4-4-6(1)要使变阻器获得的电功率最大，则心的取值应是多大？这时型的功率是多大?(2)要使Rl得到的电功率最大，则Ri的取值应是多大？Rl的最大功率是多大？这时电源的效率是多大？(3)调整K的阻值，能否使电源以最大的功率手输出？为什么？思路点拨：(I)R为定值电阻，电功率

12、最大的条件是R2=0.(2)R2为可变电阻，其电功率最大的条件是治=岛+广2(3)电源输出最大功率为%的条件是内外电阻相等.【解析】(1)将RI和电源(旦r)等效为一新电源，则新电源的电动势E=E=XN内阻，=+R=10C,且为定值利用电源的输出功率随外电阻改变的结论知，当R2=r=10C时，R2有最大功率，即E，2g2P2max=7=40W=1.6W.(2)因Rl是定值电阻，所以流过Hi的电流越大，Rl的功率就越大.当&=0时，电路中有最大电流，即E/max=RI=0.8AR的最大功率P1max=/max/?1=5.12W这时电源的效率RlH=T-J-X100%=80%.+rF2(3)不能.

13、因为即使&=0,外电阻R也大于不行能有心的最大输出功率.本题中，当R2=0时，外电路得到的功率最大.【答案】()101.6W(2)05.12W80%(3)不能理由见解析有关闭合电路中功率问题的三点提示(1)电源输出功率越大，效率不肯定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%.(2)推断可变电阻功率改变时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻.(3)当P出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻Ri,R2,且RiR=7.针对训练3 .电动势为E,内阻为的电池与固定电阻Ro,变阻器R串联，如图4-4-7所示，设Ro=,Rab=Ir,当变阻器的滑片自。端向人端滑动时，下列各物理量中随之减

14、小的是()图4-4-7A.电池的输出功率B.变阻器消耗的功率C.固定电阻RO消耗的功率D.电池内阻消耗的功率B滑片自端向端滑动时，电池输出功率增大，Ho和内阻消耗的功率也增大，只有变阻器消耗的功率减小,故B正确.4 .如图4-4-8所示，电路中电池的电动势=5V,内电阻=10Q,固定电阻R=90Q,R)是可变电阻，在R)从零增加到400C的过程中，求：图4-4-8(1)可变电阻RO上消耗功率最大的条件和最大热功率；(2)电池的电阻厂和固定电阻R上消耗的最小热功率之和；(3)RO调到多少时R上消耗的功率最大，最大功率是多少？【导学号：69682214【解析】(1)可变电阻RO上消耗的热功率：,25尸O=-R=(R00)2-P-+400RoR)-100C=O时，尸0最大，其最大值：251p=4w=16w(2)当电流最小时，电阻和R消耗的热功率最小，此时RO应调到最大400,内阻7和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为EP小=g+R+J(R+r)=0.01W.(3)RO=O时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率ES2即以=(而)2r=研词90W=S225W【答案】(1)100W(2)0