第2章 第8节 第9节 第1课时 电路中的能量 家庭电路-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第三册教用Word(鲁科版)

第8节　焦耳定律　电路中的能量转化 第9节　家庭电路 1．理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质。　2.理解电功和电热的区别，理解焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。　3.理解电功率和热功率的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。　4.了解输电线横截面积与允许通过电流的关系。　5.知道家庭电路的构成及各部件的作用以及有关安全用电的几个问题。　6.有节约用电的意识。　 一、电功　电功率 1．电功 (1)定义：电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的____________、通电时间t三者的乘积。 (2)公式：W＝UIt。 (3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为J。 2．电功率 (1)定义：电流所做的功W与做这些功所用时间t的比。 (2)公式：P＝＝________。 (3)单位：瓦特，简称瓦，符号为W。 (4)意义：表示电流做功的快慢。 二、焦耳定律　热功率 1．焦耳定律 (1)内容：电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的____________成正比、跟导体的__________成正比、跟通电时间t成正比。 (2)公式：Q＝________________。 (3)适用范围：任何电路。 2．热功率 (1)定义：电流通过导体发热的功率。 (2)公式：P热＝＝________。 三、电路中的能量转化 1．IE＝IU＋I2r，电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和。 2．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电热。 3．非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能。 四、输电线横截面积与允许通过电流的关系 根据R＝ρ，对于长度一定的导线来说，横截面积越小，电阻__________，因此对于某种规格的导线，其允许通过的电流要有所限制，否则导线上积累的焦耳热将带来危害。 五、有关安全用电的几个问题 1．安全电压 人体的电阻可分为体内电阻和体表(即皮肤)电阻两部分。其中体内电阻大约________，受环境影响较小；而体表电阻则受环境影响较大，在极端恶劣的情况下(例如皮肤浸在水中)体表电阻可降至零，当人体触电时，靠自身的力量能摆脱电源的电流值是________以下。保证人体安全的电压值为15 V。__________是一般情况下使用的标准，水下等作业场所的手持照明灯具应采用最低电压__________。 2．入户的零线在户外已接地，对人体来说是安全的。若出现特殊情况造成零线与大地的连接断开，恰好开关闭合，零线变火线，就会发生触电事故。 3．家庭电路中的安全防护设施 (1)安装可靠的接地线。 (2)过载保护与漏电保护。 六、节约用电 1．尽量使用__________的电器。 2．合理使用空调。 3．较长时间不使用的电器，关闭电源。 判断下列说法是否正确。 (1)电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。(　　) (2)正在充电的电池，电能全部转化为化学能。(　　) (3)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路。(　　) (4)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝没有任何区别，它们表达相同的意义，即P是电功率。(　　) (5)家庭电路中使用空气开关，就可以不用安装漏电保护开关了。(　　) (6)用电器的控制开关接在零线上也能控制电路通断，所以开关可以接在零线上。(　　) (7)空调等大功率家电需要专线连接。(　　) (8)电能表和供电导线应与所用的家电匹配。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)× (7)√　(8)√ [答案自填] 电流I　UI　二次方　电阻R　I2Rt　I2R　越大　500 Ω　30 mA　36 V　6 V　节能 第1课时　电路中的能量　家庭电路 知识点一　电功和电功率 1．电功和电功率 W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路。 2．电功的单位：在国际单位制中电功的单位是焦耳，常用单位有度、千瓦时，1度＝1千瓦时＝3.6×106焦耳。 3．额定功率和实际功率 额定功率：用电器在额定电压下工作的功率。 实际功率：用电器在实际电压下工作的功率。 4．串、并联电路中的功率关系 项目 串联电路 并联电路 功率分配 ＝ ＝ 总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn 　如图所示的电路中，电阻R1、R2和R3的阻值分别为4 Ω、4 Ω 和8 Ω，U为8 V，该电路的总功率和R1的功率分别为(　　) A．8 W和4 W　　　　 B．4 W和4 W C．16 W和4 W D．16 W和8 W [解析]　由题图可知R1、R2串联，再和R3并联，根据串、并联规律可知电路总电阻R＝＝ Ω＝4 Ω，所以电路的总功率P＝＝ W＝16 W，通过R1的电流I1＝＝ A＝1 A，R1的功率P1＝IR1＝12×4 W＝4 W。 [答案]　C 　(2023·重庆北碚统考期末)在如图所示的并联电路中，若保持通过干路的电流I不变，增大R1的阻值，则下列说法正确的是　(　　) A．R1两端的电压不变 B．I1减小，I2增大 C．并联电路的总功率减小 D．R2消耗的功率不变 [解析]　根据并联时电流与电阻成反比可得I1＝I＝I，I2＝I＝I，若保持通过干路的电流I不变，增大R1的阻值，则I1减小，I2增大，故B正确；R1两端的电压等于R2两端的电压，则有U1＝U2＝I2R2，由于I2增大，则R1两端的电压增大，故A错误；R2消耗的功率P2＝IR2，由于I2增大，则R2消耗的功率增大，故D错误；由于R1的阻值增大，则并联电路的总电阻R并增大，并联电路的总功率P总＝I2R并，由于通过干路的电流I不变，则并联电路的总功率增大，故C错误。 [答案]　B 知识点二　电路中的能量转化 1．纯电阻电路和非纯电阻电路 类型 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件 除含有电阻外还含有其他负载 欧姆定律 遵从欧姆定律 不遵从欧姆定律 能量转化 电流做功全部转化为电热 电流做功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、白炽灯等 电动机、电解槽等 2.电功与电热 (1)纯电阻电路 W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t； P电＝P热＝UI＝I2R＝。 (2)非纯电阻电路 电功W＝UIt，电热 Q＝I2Rt，W＞Q； 电功率P电＝UI，热功率P热＝I2R，P电＞P热。 3．电动机的功率和效率 (1)电动机的总功率(输入功率)：P总＝UI。 (2)电动机发热的功率：P热＝I2r。 (3)若只考虑线圈发热产生的能量损失，则有电动机的输出功率(机械功率)：P机＝P总－P热＝UI－I2r。 (4)电动机的效率：η＝×100%。 角度1　基本概念的理解 　下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　　) A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．W＝UIt适用于任何电路，W＝t也适用于任何电路 C．在非纯电阻电路中，UI>I2R D．焦耳热Q＝I2Rt只适用于纯电阻电路 [解析]　电功率越大，电流做功越快，相同时间内电路中产生的焦耳热一定越多，A错误；W＝UIt适用于任何电路，而W＝t只适用于纯电阻电路，B错误；在非纯电阻电路中，UI>I2R，C正确；焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路，D错误。 [答案]　C 角度2　非纯电阻电路的分析 　直流电动机的线圈电阻为R，正常工作时，电动机两端的电压为U，通过的电流为I，工作时间为t。下列说法正确的是(　　) 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UIt D．电动机线圈产生的热量为t [解析]　电动机为非纯电阻用电器，根据已知条件可知，电动机消耗的电能W＝UIt，根据焦耳定律可知，电动机线圈产生的热量Q＝I2Rt。 [答案]　A 角度3　非纯电阻电路中的能量转化 　(2024·陕西渭南期中)如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r＝2 Ω，电阻R＝10 Ω。已知总电压U＝160 V，理想电压表的读数为110 V。 (1)R两端的电压是多少？ (2)回路中的电流是多少？ (3)电动机的电功率是多少？ (4)在电动机中发热的功率是多少？ (5)电动机输出的机械功率是多少？ [解析]　(1)电阻R两端电压U1＝U－UV＝160 V－110 V＝50 V。 (2)电动机和电阻串联，电流相等，回路中的电流I＝＝ A＝5 A。 (3)电动机的电功率P＝UVI＝110×5 W＝550 W。 (4)电动机的热功率P热＝I2r＝25×2 W＝50 W。 (5)电动机输出的机械功率P出＝P－P热＝500 W。 [答案]　(1)50 V　(2)5 A　(3)550 W　(4)50 W (5)500 W 知识点三　家庭电路 1．家庭电路组成 (1)一般组成框图 (2)进户线 ①火线：火线跟零线间的电压是220 V。 ②零线：零线是与大地相连的，正常情况下零线跟大地之间的电压是0。 ③地线：在家庭里直接与大地相通的导线，这是为了安全另外加接的。火线与地线之间的电压是220 V，零线与地线之间的电压是0。 2．家庭安全用电必须注意以下几点 (1)高度重视，谨防触电：要定期检查用电器的插头，大功率用电器的插头极易因过热而损坏。 (2)避免短路：从插座拔出插头时要手握插头，切勿用力拉扯电线，以免电线绝缘皮破损或插座接头脱落，造成短路。 (3)电器金属外壳应该接地线：容易潮湿的电器如洗衣机等更要接地。 (4)避免大功率电器同时使用。 (5)避免火灾：不要让纸张等易燃物过分靠近电灯、电饭锅、电炉等。 3．节约用电 (1)养成良好的用电习惯，记住随手关闭不使用的用电器。 (2)节约用电，坚持可持续发展。 　(2024·广东茂名统考期末)某家庭电路简化后如图所示，下列说法正确的是(　　) A.a线是零线，b线是火线 B．电能表是测量用电器总功率的 C．电路中的用电器都是并联在电路中的 D．三孔插座中上边的那个孔可以不接地 [解析]　用电器的开关应该接在火线上，所以和开关相连的那根线是火线，即a线是火线，b线是零线，故A错误；电能表是测量电路中消耗电能的仪器，不是测量电功率的，故B错误；家庭电路中各个用电器是并联的关系，故C正确；三孔插座的上边的那个孔必须接地，防止带有金属外壳的用电器漏电时发生触电事故，故D错误。 [答案]　C 1．(串、并联电路的电功率)甲、乙两灯分别标有“6 V　3 W”和“6 V　6 W”字样，先将两灯串联后接在电压为U0的电路中，甲灯的功率为P1；再将两灯并联后接在同一电压下，乙灯的功率为P2。两次灯泡均安全，忽略温度对灯丝电阻的影响，则P1∶P2为(　　) A．9∶2　B．2∶9　　C．4∶9　 D．1∶9 解析：选B。由题可知，甲、乙两灯的额定电压相同，额定功率之比为1∶2，根据公式P＝，可得两灯的电阻之比为＝，当两灯串联时，根据串联电路中电流处处相等可得两灯两端电压之比为2∶1，所以U甲＝U0，当两灯并联时，根据并联电路电压特点可知U乙＝U0，所以＝＝()2×＝。 2．(纯电阻电路和非纯电阻电路)随着科技的发展，家用电器种类越来越多。下列家用电器中利用电流的热效应工作的是(　　) 解析：选B。扫地机器人工作时将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故A错误；电饭煲工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故B正确；电风扇工作时将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故C错误；电视机工作时主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应，故D错误。 3．(非纯电阻电路中的能量转化)(多选)(2024·广东中山联考)某手持小风扇额定电压为5 V，额定电流为0.2 A，内部电动机的线圈电阻为5 Ω，则下列说法正确的是(　　) A．小风扇可把电池的电能完全转化为机械能 B．正常工作时，电动机的发热功率为0.2 W C．正常工作时，电动机的输出功率为1 W D．若小风扇正常工作时被卡住，流过的电流将变大 解析：选BD。小风扇可把电池的电能部分转化为机械能，另一部分转化为内能，故A错误；正常工作时，电动机的发热功率P热＝I2r＝0.22×5 W＝0.2 W，故B正确；正常工作时，电动机的输出功率P机＝UI－P热＝5×0.2 W－0.2 W＝0.8 W，故C错误；若小风扇正常工作时被卡住，可以视为纯电阻电路，流过的电流I′＝，将变大，故D正确。 4．(非纯电阻电路中的能量转化)某型号电风扇铭牌上的主要参数如图所示，当在小电风扇上加3 V电压时，小电风扇不转动，测得通过它的电流为0.6 A，根据题中和铭牌上提供的信息判断(　　) FS－69　电风扇 规格　100 mm 额定电压　6 V 额定功率　2.4 W A．小电风扇的内阻为0.5 Ω B．当在小电风扇上加6 V电压时通过的电流为1.2 A C．小电风扇正常工作时的机械功率为2.4 W D．小电风扇正常工作时的热功率为0.8 W 解析：选D。小风扇不转时电路为纯电阻电路，根据欧姆定律可得R＝＝5 Ω，故A错误；当电压为6 V时，风扇正常工作，由公式可得I＝＝ A＝0.4 A，故B错误；风扇正常工作时机械功率P机械＝UI－I2R＝2.4 W－(0.4)2×5 W＝1.6 W，故C错误；风扇热功率P热＝I2R＝0.8 W，故D正确。 5．(安全用电)从安全用电的角度出发，下列做法存在安全隐患的是(　　) A．用电器金属外壳应该接地线 B．不要在同一插座上同时使用几个大功率用电器 C．要定期检查用电器插头，特别是大功率用电器插头 D．洗衣机、洗碗机等易潮湿用电器不用接地线 解析：选D。有电动机的家用电器、在潮湿环境中使用的电器、具有金属外壳的电器和其他规定使用接地的家用电器必须做好接地保护，否则外壳容易带电。多个电器接在同一插座上，当同时开启这些电器时，会造成瞬间电流很大，电压下降，影响电器正常工作，甚至因插座连接线超负荷而发热引起火灾。用电器插头如果破损，人体接触到破损部位容易造成触电事故，破损处容易造成短路事故。 学科网（北京）股份有限公司 $