文档介绍：该【2023-2023学年高中创新设计物理粤教版选修3-1学案：第二章 第7讲 电功率 】是由【朱老师】上传分享，文档一共【10】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【2023-2023学年高中创新设计物理粤教版选修3-1学案：第二章 第7讲 电功率 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。第1页
[目标定位] ,,,进一步体会能量守恒定律的意义和普适性.
一、电功和电功率
(1)定义:在一段电路中电场力所做的功称电功,即通常说的电流所做的功.
(2)表达式:W=UIt.
(3)单位:焦耳,符号:J.
(4)实质:电能转化为其他形式的能.
(5)适用条件:任何电路.
(1)定义:单位时间内电流所做的功.
(2)公式:P==UI.
(3)单位:瓦特,符号:W.
(4)物理意义:表示电流做功的快慢.
(5)适用条件:任何电路.
深度思考
(1)两个电阻串联,功率和电阻存在什么关系?
(2)两个电阻并联,功率和电阻存在什么关系?
答案 (1)由P=I2R知,串联电阻的功率与电阻成正比.
(2)由P=知,并联电阻的功率与电阻成反比.
例1 将两个定值电阻R1、R2并联在电压为U的电源两端,R1消耗的功率为P1,R2消耗的功率为3P1,当把它
们串联在电压为4U的电源两端时,以下说法正确的选项是( )
解析 当R1、R2并联在电压为U的电源两端时,两电阻两端的电压为U,根据P=IU,功率之比等于电流之比,根据并联电路电流和电阻的关系,可知:R1=3R2;当把它们串联在电压为4U的电源两端时,电路中的电流I==,故通过R2的电流不变,电压不变,所以R
第2页
2的电功率不变,仍为3P1,故B、C错误;R1两端的电压U1=IR1=×3R2=3U,故A错误;两个电阻消耗的总功率P=U′I=4U·=12P1,故D正确.
答案 D
例2 A、B为“220V 100W〞的两盏相同的灯泡,C、D为“220V 40W〞的两盏相同灯泡,A、B灯的电阻为________Ω;C、,并将两端接入电路,各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD,那么实际功率的大小顺序是________.
图1
解析 由P=IU和I=,得R=那么:RA=RB=Ω=484Ω,RC=RD=Ω=1210Ω;由电路图可知,B、C并联,所以电压相等,根据P=可知:PB>PC,A、D串联,电流相等,由P=IU和U=IR,得P=I2R可知,PD>PA;A、D的电流大于B、C的电流,根据P=I2R可知:PA>PB,PD>PC;所以PD>PA>PB>PC.
答案 484 1210 PD>PA>PB>PC
(1)额定功率:用电器正常工作时所消耗的功率,也是用电器两端电压为额定电压(或通过的电流为额定电流).
(2)实际功率:,要求实际功率不能大于其额定功率.
二、焦耳定律和热功率
(1)内容: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热量Q,即Q=W=UIt=I2Rt.
(2)表达式:Q=I2Rt.
(3)适用条件:任何电路.
(1)定义:一段电路因发热而消耗的功率.
(2)表达式:P=I2R.
(3)适用条件:任何电路.
纯电阻电路
非纯电阻电路
第3页
能量转化情况
电功和电热的关系
W=Q即IUt=
I2Rt=t
W=Q+E其他
UIt=I2Rt+E其他
电功率和热功率的关系
P=P热,
即IU=I2R=
P=P热+P其他
即IUt=I2R+P其他
欧姆定律是否成立
U=IR I=
成立
U>IR I<
不成立
深度思考
电风扇、电冰箱消耗的电能等于I2Rt吗?电风扇、电冰箱消耗的电能转化成什么形式的能量?
答案 不等于;电风扇、电冰箱消耗电能没有全部转化为热能,有大局部转化为机械能,小局部转化为电热.
例3 以下关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的选项是( )
,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
=IUt适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路
,IU>I2R
=I2Rt适用于任何电路
解析 电功率公式P=,表示电功率越大,,有P=IU,I=,焦耳热Q=()2Rt,可见Q与P、U、t都有关,所以P越大,Q不一定越大,=IUt是电功的定义式,适用于任何电路,而I=只适用于纯电阻电路,,电流做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即IU>I2R,=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路,D对.
答案 BCD
三、闭合电路的功率
:就是电源提供的总功率,即电源将其他形式的能转化为电能的功率,也叫电源消耗的功率,P总=EI.
:整个外电路上消耗的电功率,P出=UI.
:内电路上消耗的电功率,即电源内阻的发热功率,P内=U内I=I2r.
:
第4页
(1)功率关系:IE=IU+I2r或E=IU外+IU内.
(2)能量关系:IUt=I2Rt+I2rt,此表达式反映了电源克服静电力做的功等于内、外电路消耗的电能之和.
例4 如图2所示,电源电动势E=10V,内阻r=,标有“8V 16W〞的灯泡L恰好能正常发光,电动机线圈的电阻R0=1Ω,求:
图2
(1)电源的总功率;
(2)电动机的输出功率.
解析 (1)L正常发光,路端电压等于灯泡额定电压8V.
内电压U内=(10-8)V=2V,那么总电流I==4A,
电源总功率为P电=IE=4×10W=40W.
(2)流经电动机的电流IM=I-=2A.
输入电动机的总功率PM总=U·IM=8×2W=16W.
电动机内阻消耗功率PM内=IR0=4×1W=4W.
故电动机的输出功率PM出=(16-4)W=12W.
答案 (1)40W (2)12W
电动机的功率和效率,电动机的总功率(输入功率):P入=IU.
电动机的热功率P热=I2r.,电动机的输出功率(机械功率):P出=IU-I2r.
电动机的效率:η===1-.
说明:注意区分电动机的几种功率,从能量守恒角度分析和考虑电动机问题.
1.(电功和电功率)(多项选择)如图3所示,把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后,灯泡都正常发光,、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法,正确的选项是( )
图3
>2U乙 =2U乙
=4R乙 =2R乙
答案 BC
解析 设灯泡的电阻为R,正常发光时电流为I,电压为U,由于两个电路的总功率相等,P=U甲I=U乙·2I,得U甲=2U乙;又由U甲=2U+IR甲,U乙=U+2IR乙,得R甲=4R乙,故正确答案为B、C.
2.(焦耳定律)通过电阻R的电流为I时,在t时间内产生的热量为Q,假设电阻为2R,电流为,那么在时间t内产生的热量为( )
第5页
C. D.
答案 C
解析 根据Q=I2Rt得,电阻变为原来的2倍,电流变为原来的,时间不变,那么热量变为原来的,C正确.
3.(非纯电阻电路的特点及有关计算)=,电路中另一电阻R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数UV=:
图4
(1)通过电动机的电流;
(2)输入电动机的总功率;
(3)电动机输出的机械功率.
答案 (1)5A (2)550W (3)530W
解析 (1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=U-UV=(160-110)V=50V
通过电阻R的电流IR==A=5A
即通过电动机的电流IM=IR=5A.
(2)电动机的分压UM=UV=110V
输入电动机的总功率P总=IM·UM=550W.
(3)电动机的热功率P热=Ir=20W
电动机输出的机械功率P出=P总-P热=530W
4.(闭合电路的功率关系)如图5所示,电源电动势E=30V,内阻r=1Ω,灯泡上标有“6V 12W〞字样,直流电动机线圈电阻R=2Ω,假设灯泡恰好能正常发光,求电动机输出的机械功率.
图5
答案 36W
解析 因灯泡正常发光,
所以I==A=2A
U内=Ir=2×1V=2V
所以电动机两端电压为
UM=E-U内-U=30V-2V-6V=22V
电动机输出的机械功率为
P机=UMI-I2R=22×2W-22×2W=36W.
题组一 对电功、电功率的理解和计算
第6页
1.(多项选择)关于电功,以下说法中正确的有( )
答案 AB
,用锰铜电阻丝绕制而成,电阻上分别标有“100Ω 10W〞和“20Ω 40W〞,那么它们的额定电流之比为( )
A.∶5B.∶20C.∶∶2023
答案 C
解析 由公式P=I2R得:I=,所以I1∶I2=∶10.
,额定功率PA=100W,PB=40W的灯泡两盏,假设接在电压为220V的电路上,使两盏灯泡均能正常发光,且消耗功率最小的电路是( )
答案 C
解析 判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流,对灯泡有P=IU=,可知RA<RB.
对于A电路,由于RA<RB,所以UB>UA,且有UB>110V,B灯被烧毁,UA<110V,A灯不能正常发光.
对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,B灯烧毁.
对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110V,两灯可以正常发光.
对于D电路,假设变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,那么UA=UB=110V,两灯可以正常发光.
比拟C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110V,所以C电路消耗电功率最小.
,其额定电压UA>UB,那么以下说法正确的选项是( )
,灯泡的电流IA>IB
<RB
,那么灯泡的功率PA<PB
,那么灯泡的功率PA′<PB′
答案 D
第7页
解析 由P=可知RA>RB,由P=IU可知额定电流IA<IB,故A、B错误.
两灯串联后,由串联电路的功率分配关系可知P∝R,所以PA>PB,故C错误;
两灯并联后,由并联电路的功率分配关系可知P∝,所以PA′<PB′,故D正确.
、R2、R3来加热一桶水,三根电阻丝采用如下图的几种连接方式,那么供热最快的是( )
答案 B
解析 A选项总电阻为R1+R2+R3,B选项的总电阻小于R1、R2、R3三个电阻的任何一个电阻,C选项的总电阻大于R3,D选项的总电阻大于R1,可知B选项的总电阻最小,根据P=知,电功率最大,.
题组二 焦耳定律的理解 非纯电阻电路计算
6.(多项选择)关于四个公式①P=IU;②P=I2R;③P=;④P=,以下表达正确的选项是( )
①④适用于任何电路的电功率的计算
②适用于任何电路的热功率的计算
①②③适用于任何电路电功率的计算
答案 AB
解析 P=IU、P=适用于任何电路的电功率的计算,而P=I2R、P=只适用于纯电阻电路的电功率的计算,故A正确,C、=I2R适用于任何电路的热功率的计算,P=IU、P=只适用于纯电阻电路的热功率的计算,故B正确.
、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,,结果是( )
答案 B
解析 在三种用电器中,只有电烙铁能将电能全部转化为内能,电风扇将局部电能转化为机械能,日光灯将局部电能转化为光能,故B选项正确.
“110V 60W〞的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端,灯泡正常发光,那么( )
第8页
答案 B
解析 灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110V电压,且流过电解槽的电流I=I灯=A=A,那么电解槽消耗的电功率P=IU=P灯=60W,A选项错误,B选项正确;电解槽的发热功率P热=I2r≈,C选项错误;电路消耗的总功率P总=IU总=×220W=120W,D选项错误.
9.(多项选择)如图1所示,电阻R1=20Ω,电动机线圈的电阻R2=,,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是( )
图1
= <
=15W <15W
答案 BD
解析 电路两端的电压为:U=I1R1=×20Ω=,UI2>IR2,所以I2<==I1+I2<,A错误,=U(I1+I2)<15W,C错误,D正确.
题组三 综合应用
,电源电压为60V,内阻不计,电阻R=2Ω,电动机的内阻R0=,电压表的示数为50V,电动机正常工作,求电动机的输出功率.
图2
答案 210W
解析 电动机正常工作时,电动机两端的电压U0=50V,此时通过电路中的电流:I===5A,电动机的输出功率P出=U0I-I2R0=210W.
“220V 36W〞的排气扇,线圈电阻为40Ω,求:
(1)接上220V的电源后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;
(2)如果接上(1)中电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率.(计算结果均保存为整数)
答案 (1)35W 1W (2)1210W 1210W
第9页
解析 (1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为I==A≈
发热功率为
P热=I2R=()2×40W≈1W
转化为机械能的功率为
P机=P-P热=(36-1)W=35W.
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机所在电路成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为I′==A=
电动机消耗的功率即电功率等于发热功率:
P电′=P热′=UI′=220×=1210W.
,根据表中提供的信息,探究以下问题:(g取10m/s2,计算结果均保存两位有效数字)
规格
后轮驱动直流电机
车型
26″电动自行车
额定输出功率
120W
整车质量
30kg
额定电压
40V
最大载重
120kg
额定电流
(1)在额定电压下工作时,该电机的内阻是多少?其效率为多大?
(2),在最大载重量的情况下,人骑车行驶的最大速度为多大?
答案 (1) 86% (2)
解析 (1)由题目提供的表可知,电机的输出功率为P出=120W,额定电压为U0=40V,额定电流为I0=
电机正常工作时输入功率为
P入=U0I0=40×=140W
所以电机的效率为
η=×100%=×100%≈86%
设电机的内阻为r,那么由欧姆定律知P入-P出=Ir
解得r≈
(2)由题意知,行驶时所受阻力为F阻=k(M+m)g
当到达最大速度vmax时,应有P出=F阻vmax
解得vmax=.
,电池组的电动势E=42V,内阻r=2Ω,定值电阻R=20Ω,D是电动机,其线圈电阻R′=,:
第10页
图3
(1)通过定值电阻R的电流;
(2)电动机的电功率;
(3)电动机的输出功率.
答案 (1)1A (2)20W (3)19W
解析 (1)由E=UV+UR+r可得R和电源内阻的电压之和为:
UR+r=E-UV
由欧姆定律可得电路电流为:
I==A=1A
通过定值电阻R的电流为1A.
(2)电动机为非纯电阻元件,故其功率为:
P电=UVI=20×1W=20W
(3)电动机的发热功率为:
P热=I2R′=12×1W=1W
故电动机的输出功率为:
P出=P电-P热=20W-1W=19W