学年高中物理第二章电路第五节电功率教学案粤教版选修31Word格式.docx

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P＝＝I2R。

三、闭合电路中的功率

（1）闭合电路中能量转化关系：

EI＝U外I＋U内I。

（2）电源提供的能量一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能量；

另一部分消耗在内电阻上，转化为内能。

（3）电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力。

1．自主思考——判一判

（1）电功越大，电功率就越大。

（×

）

（2）只有纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。

（3）非纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。

（√）

（4）电动机工作时，消耗的电能大于产生的电热。

（5）电源的功率越大，其输出功率越大。

2．合作探究——议一议

（1）根据我们的生活、生产经验列举一些常见的用电器，并说明电能主要转化为什么能？

提示：

①电灯，把电能转化为光能。

②电热毯、电熨斗、电饭煲、电热水器，把电能转化为内能（热能）。

③电动机，把电能转化为机械能。

④电解槽，把电能转化为化学能。

（2）用电器铭牌上所标的功率有何意义？

用电器铭牌上所标功率指的是用电器的额定功率，即用电器能长时间正常工作时的最大功率，用电器实际工作时，其功率不一定等于额定功率，一般要小于或等于额定功率。

（3）电功率与热功率的含义分别是什么，计算公式分别是什么？

电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，计算公式P＝IU；

热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率，计算公式P＝I2R。

（4）对一个电动势为E和内电阻一定的电源，在对外供电的过程中，什么情况下电源的总功率最大？

什么情况下电源内部的发热功率最大？

由P总＝IE，P内＝I2r可知，当流过电源的电流最大时，即回路中电阻值最小时，电源的总功率和电源内部的发热功率最大。

电功、电功率的计算

1．串、并联电路中的功率关系

串联电路

并联电路

功率分配

＝

功率关系

P＝P1＋P2＋…＋Pn

2．额定功率和实际功率

（1）用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。

当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。

（2）用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。

为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。

[典例]　额定电压都是110V，额定功率P甲＝100W，P乙＝40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（　　）

[思路点拨]

[解析]　对灯泡有P＝UI＝，可知：

R甲<

R乙，对于A电路，由于R甲<

R乙，所以U乙>

U甲，且有U乙>

110V，乙灯被烧毁，U甲<

110V不能正常发光，A错误。

对于B电路，由于R乙>

R甲，甲灯又并联变阻器，并联电阻更小于R乙，所以U乙>

U并，乙灯被烧毁。

对于C电路，乙灯与变阻器并联电阻可能等于R甲，所以可能U甲＝U乙＝110V，两灯可以正常发光。

对于D电路，若变阻器的有效电阻等于甲、乙的并联电阻，则U甲＝U乙＝110V，两灯可以正常发光。

比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为（I甲－I乙）×

110，而D电路中变阻器功率为（I甲＋I乙）×

110，所以C电路消耗电功率最小。

[答案]　C

1．当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为J。

为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是（　　）

A．3V　J　　　　　　　B．3V　J

C．6V　JD．6V　J

解析：

选D　设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2，通电的时间都为t。

由公式W1＝U1q1和W1＝t可得：

U1＝3V，＝s·

Ω－1。

再由W2＝U2q2和W2＝t可求出：

U2＝6V，W2＝J，故选项D正确。

2．一只规格为“220V　2000W”的电炉，它在正常工作时的电阻是多少？

若电网电压为200V，电炉工作时的实际功率是多少？

在220V电压下，如果平均每天使用电炉2h，求此电炉一个月（按30天计算）要消耗多少度电？

设电炉的电阻为R，由P＝得

R＝＝Ω＝Ω

当电压为U′＝200V时，电炉的实际功率为

P′＝＝W≈1653W

在220V的电压下，该电炉一个月消耗的电能为

W＝Pt＝2×

2×

30kW·

h＝120kW·

h。

答案：

Ω　1653W　120度

电功与电热的区别和联系

1．纯电阻电路与非纯电阻电路对比

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用电器

欧姆定律

服从欧姆定律I＝

不服从欧姆定律U＞IR或I＜

能量转化

电流做功全部转化为内能

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、电炉丝、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＝UI，热功率P热＝I2R，P＞P热。

[特别提醒]　在非纯电阻电路中，只能用W＝UIt和P＝UI计算电功和电功率；

Q＝I2Rt及P热＝I2R计算电热和热功率。

而且W≠t，P≠，Q≠t，P热≠。

[典例]　规格为“220V　36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：

（1）接上220V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；

（2）如果接上220V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。

[审题指导]

第一步　抓关键点

关键点

获取信息

排气扇规格为“220V，36W”接220V电压

电压和功率均达到额定值

线圈电阻40Ω

可根据“220V,36W”求出I，从而求出P热

接上电源，电动机不转

电路转化为纯电阻电路

第二步　找突破口

（1）额定电压下，电流可据I＝求出。

（2）机械功率可通过P机＝P电－P热求出。

（3）电动机不工作时，220V电压全加在40Ω电阻上，电动机此时即为“电阻”。

[解析]　

（1）排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为：

I＝＝A≈0.16A，

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＝36W－1W＝35W。

（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＝5.5A，

电动机消耗的功率即发热功率：

P电′＝P热′＝UI′＝220×

W＝1210W。

[答案]　

（1）35W　1W　

（2）1210W　1210W

电动机的功率问题

（1）功率关系：

P入＝P机＋P热，即IU＝P机＋I2R。

（2）电动机的效率：

η＝。

（3）当电动机被卡不转动时相当于一个纯电阻电路。

1．一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为V时，电流为0.3A。

松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。

求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？

电动机的机械功率是多少？

电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：

r＝＝Ω＝1Ω。

电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P入＝I1U1＝×

2W＝W。

电动机的机械功率P机＝P入－I12r＝－×

1）W＝W。

W　W

2.如图251所示，一台直流电动机所加电压为110V，通过的电流为5A。

该电动机在10s内把一个质量为50kg的物体匀速提高了9m，求电动机的电功率和电动机线圈的电阻（不计摩擦，g取10m/s2）。

图251

电功率：

P＝UI＝110×

5W＝550W

电动机做功的过程就是把电能转化为机械能和内能的过程。

机械能：

E＝mgh＝50×

10×

9J＝4500J

内能：

Q＝W－E＝Pt－E＝（550×

10－4500）J＝1000J

由焦耳定律Q＝I2Rt，得：

R＝＝Ω＝4Ω。

550W　4Ω

闭合电路中的功率问题

1．电源的有关功率和电源的效率。

（1）电源的总功率：

P总＝IE。

（2）电源的输出功率：

P出＝IU。

（3）电源内部的发热功率：

P内＝I2r。

（4）三者关系：

P总＝P出＋P内。

（5）电源的效率：

η＝＝，对于纯电阻电路，η＝。

2．纯电阻电路中输出功率与外电阻的关系：

P出＝I2R＝R＝

＝。

（1）当R＝r时，电源有最大输出功率P出max＝。

（2）输出功率P出与外电阻R的图像分析。

图252

①当R＝r时，输出功率最大，P出＝。

②当R<

r时，若R增大，P出增大，当R>

r时，若R增大，则P出减小。

③除R＝r外，图像上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则有：

R1＝2×

R2

整理得：

R1R2＝r2。

[典例]　

如图253所示，已知电源的电动势为E，内阻r＝2Ω，定值电阻R1＝Ω，滑动变阻器的最大阻值为5Ω，求：

图253

（1）当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？

（2）当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？

（3）当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？

（1）R1为定值电阻，其功率P1＝I2R1，欲使P1最大，需使I最大。

（2）外电路是可变电阻，当外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大。

（3）R2是可变电阻，欲使P2最大，可将R1归为电源内阻，新电源内阻r′＝R1＋r＝Ω，当R2＝r′时，P2最大。

[解析]　

（1）因为电路是纯电阻电路，则满足闭合电路欧姆定律，有PR1＝R1。

当R2＝0时，电阻R1消耗的功率最大，PR1m＝R1。

（2）由电源输出功率最大的条件：

当R1＋R2＝r，即R2＝r－R1＝Ω时，电源输出的功率最大，Pm＝。

（3）方法一（极值法）：

PR2＝R2＝R2

当R2＝R1＋r＝Ω时，滑动变阻器消耗的功率最大，即PR2m＝。

方法二（等效电源法）：

如果把电源和R1的电路等效为一个新电源，则整个电路等效为一个新电源和滑动变阻器组成的闭合电路，“外电路”仅一个滑动变阻器R2，这个等效电源的E′和r′可以这样计算：

把新电源的两端断开，电源电动势E等于把电源断开时电源两端的电压，则新电源的电动势E′＝E，而等效电源的内阻r′＝R1＋r，即两个电阻的串联。

根据电源的输出功率随外电