2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1第4章探究闭合电路欧姆定律4.4电路中的能量转化与守恒学案
4.4 电路中的能量转化与守恒
学 习 目 标 | 知 识 脉 络 |
1.理解电功与电热的区别与联系，知道焦耳定律．(重点) 2．理解电功与电功率，掌握电源的几个功率与效率．(重点、难点) 3．知道常见用电器及其能量转化的情况，了解电路中能的转化与守恒，树立节约用电的意识. |
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| 电 功 与 电 热 的 关 系 分 析 |
1．电功的公式：W＝UIt.
2．电功率计算公式：P＝UI.
3．焦耳定律：Q＝I2Rt.
4．热功率计算公式：P＝I2R.
5．P＝UI是某段电路的电功率，P＝I2R是这段电路上的热功率，纯电阻电路中，电功率等于热功率，非纯电阻电路中电功率大于热功率．
1．电功率越大，相同时间内电流做的功越多．(√)
2．根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．(×)
3．纯电阻电路和非纯电阻电路工作时能量转化情况相同，都是把电能转化为内能．(×)
理发店里的吹风机能够吹出热风，使头发很快变干．吹风机上的电功率和热功率是否相等？
【提示】 吹风机的电路是非纯电阻电路，故电功率和热功率不相等．
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如图441所示，电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V 12 W”，电动机线圈的电阻RM＝0.50 Ω.
图441
探讨1：灯泡L上流过的电流是否可以用IL＝
求解？为什么？
【提示】 不可以．因为有电动机工作的电路不是纯电阻的电路．
探讨2：若灯泡恰好正常发光，则电动机消耗的功率和发热功率各多大？
【提示】 P＝IMUM＝
(U－UL)＝12 W.
P热＝I
RM＝()2·RM＝2 W.
1．纯电阻电路和非纯电阻电路
| 纯电阻电路 | 非纯电阻电路 |
元件特点 | 电路中只有电阻元件 | 电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式能的用电器 |
电流、电压、电 阻三者的关系 | 遵循欧姆定律I＝ | 不遵循欧姆定律，U>IR或I< |
能量转化形式 | 电流做功，电能全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝ | 电流做功，电能转化为内能和其他形式的能量： 电功W＝UIt， 电热Q＝I2Rt， W＝Q＋W其他 |
元件举例 | 电阻、电炉丝、白炽灯 | 电动机、电解槽 |
2.电功与电热的区别与联系
(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＝
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I2R，P电>P热．
1．在电功率的计算公式P＝U2/R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( )
A．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
【解析】 P＝只能计算纯电阻电路的电功率，而电冰箱、电风扇、洗衣机都是非纯电阻电路．只有电烙铁是纯电阻电路，故C正确．
【答案】 C
2．规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．
【解析】 (1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：I＝
＝
A≈0.16 A.
发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W.
转化为机械能的功率为：
P机＝P－P热＝36 W－1 W＝35 W.
(2)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，此时电动机中电流为
I′＝
＝
A＝5.5 A，
电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：
P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W.
【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W
解答有关电动机问题时应注意的问题
(1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，P＝UI＝I2R＝均成立．
(2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路
P电＝UI>P热＝I2R，U≠IR而有U>IR.
(3)输入功率指电动机消耗的总功率．热功率是线圈上的电阻的发热功率．输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率．三者的关系：UI＝I2R＋P机．
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