2022-2023年粤教版(2019)新教材高中物理必修3 第5章电能与能源的可持续发展5.1电路中的能量课件

高中物理必修第三册粤教版\n第一节　电路中的能量\n1.电功(1)定义:电流通过一段电路时,自由电荷在的推动下做定向移动,电场力对所做的功,称为电功.电功的大小等于被消耗的电能.(2)公式:W=.(3)单位:在国际单位制中,电功的单位是,符号是J.1|电功和电功率导师点睛对电功的理解(1)从力的角度看,电流做功的实质是电场力对自由电荷做功.(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小表示电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少.(3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用.电场力自由电荷UIt焦耳\n2.电功率(1)定义:电流做功与完成这些功之比叫作电功率.(2)公式:P==.(3)单位:在国际单位制中,电功率的单位是瓦特,符号是W,1kW=103W.1.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟的二次方成正比,与导体的电阻及通电时间成正比.(2)公式:Q=.2.热功率:一段电路因发热消耗的功率,P=.2|焦耳定律所用时间UI电流I2RtI2R\n3|闭合电路中的能量电源的功率电源的输出功率电源的内耗功率公式P=P出=U外IP内=U内I意义提供电能的功率消耗电能的功率消耗电能的功率关系P=EI电源外电路内电路P出+P内\n导师点睛求电功、电热需要注意:(1)若是纯电阻电路,如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路,电流做功全部转化为内能,电功等于电热,即W=Q或IUt=I2Rt,在计算电热和电功时,可采用公式W=Q=UIt=Pt=I2Rt=t中任一形式进行计算.(2)若是非纯电阻电路,如含有电动机、电解槽、日光灯等的电路,电流做功除转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W>Q,或IUt>I2Rt,此种情况下,电功只能用公式W=IUt进行计算,电热Q只能用公式Q=I2Rt计算.(3)并不是含电动机的电路一定是非纯电阻电路,如果电动机没有转动,它消耗的电能仍然全部转化为内能,还是属于纯电阻电路.\n1.电流通过导体做的功越多,电功率越大.(    　)2.电炉、电烙铁、电热毯、电饭锅等用电器,由于电流通过时,电能全部转化为内能,故为纯电阻用电器.(　　)3.电动机、电解槽等用电器,电流通过时电能除转化为内能外,还转化为其他形式的能,故为非纯电阻用电器.(　　)4.不论纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算焦耳热时仍可用P热=UI.(    　)5.不论何种电路,计算电功时均可用W=UIt.(　　)6.热功率P=I2R,此式适用于求任何用电器产生的功率.(    　)7.焦耳热Q与电功率W不一定相等.(　　)判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”.√✕✕✕√√√\n情境　1879年,爱迪生发明了白炽灯.此后,日光灯、节能灯、霓虹灯等各式各样的灯如雨后春笋般登上照明的舞台,极大地方便了人们的生产和生活.1|对纯电阻电路和非纯电阻电路的理解问题1.白炽灯的发光原理是什么?提示:利用电流的热效应,将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光.2.白炽灯和节能灯是纯电阻用电器吗?提示:白炽灯是纯电阻用电器,节能灯不是.3.纯电阻电路和非纯电阻电路的区别是什么?提示:纯电阻电路中,电能全部转化为内能,非纯电阻电路中含非纯电阻用电器,电能不是全部转化为内能,还有一部分转化为其他形式的能,如机械能、化学能等.\n纯电阻电路与非纯电阻电路的主要区别电路种类纯电阻电路非纯电阻电路电路特点电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能电路中有能把电能转化为除内能外的其他形式能的用电器是否遵循欧姆定律遵循欧姆定律,I=不遵循欧姆定律,U>IR或I<能量转化电流做功,电能全部转化为内能电流做功,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、电解槽等电功W=UIt=I2Rt=tW=UIt电热Q=UIt=I2Rt=tQ=I2Rt电功率P=UI=I2R=P=UI热功率P热=UI=I2R=P热=I2R\n特别提醒不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,计算电功率时都可以用P=UI,计算电热时都可以用Q=I2Rt,计算热功率时都可以用P热=I2R.若用变形式时,就要考虑是否是纯电阻电路.两种电路中的电功和电热的关系(1)纯电阻电路中,电功等于电热,即W=Q;非纯电阻电路中,电功大于电热,即W>Q.(2)纯电阻电路中,电功率等于热功率,即P电=P热=UI=I2R=;非纯电阻电路中,电功率大于热功率,P电>P热,即UI>I2R.\n电动机模型如图电动机由线圈电阻和其他元件组成.电动机正常工作时,部分电压加在线圈电阻上,大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能,此时电路为非纯电阻电路;电动机通电但电动机不工作时,电压全部加在线圈电阻上,此时电路为纯电阻电路.2|含电动机电路的分析方法\n电动机的总功率(输入功率):P总=UI.电动机的热功率:P热=I2r.电动机的输出功率(机械功率):P出=UI-I2r.电动机的效率:η=×100%=×100%=×100%.电动机类问题处理方法\n如图所示电路,电源内阻为r=1Ω,定值电阻R=5Ω,闭合S1、断开S2【1】,电流表的示数是1.00A;闭合S1和S2【2】,电流表的示数是2.00A,此时电动机竖直向上匀速吊起质量为m=0.6kg的重物【3】,已知电动机线圈电阻为R0=0.5Ω,电流表、电压表均为理想电表,不计一切阻力,取g=10m/s2,求:(1)电源电动势E;(2)电动机的输入功率P入;(3)闭合S1和S2时,重物向上运动的速率.\n信息提取【1】电动机支路断开,电源与电阻R组成闭合回路,满足闭合电路的欧姆定律.【2】电动机与电阻R并联,是非纯电阻电路.【3】细绳拉力大小等于重力,电动机正常工作,要满足能量守恒定律.思路分析解答本题分三步走:第一步:闭合S1、断开S2时,只有R接入电路,根据闭合电路的欧姆定律【4】求解电源电动势;第二步:闭合S1、S2时,R与电动机并联,根据闭合电路的欧姆定律结合电路连接情况求出流过电动机的电流,进而求电动机的输入功率.第三步:根据能量守恒定律【5】列式求解重物向上运动的速率.\n解析(1)电源电动势E=I1(R+r)=6.00V(由【4】得到)(2)闭合S1和S2,路端电压为U=E-I2r=4.00V电动机电流为IM=I2-=1.20A电动机的输入功率P入=UIM=4.80W(3)重物向上匀速运动时电动机的输入功率等于发热功率与输出功率之和,有P入=R0+mgv(由【5】得到)解得v=0.68m/s答案(1)6.00V　(2)4.80W　(3)0.68m/s