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高二物理《电路中的能量转化》导学案
【学习目标】
1．理解电流热效应的本质
2．掌握焦耳定律，并能进行有关计算
3．理解电功和电热的关系，能区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热
重点：焦耳定律内容
难点：电功和电热之间的联系和区别
【自主学习】
一、电功和电功率
1、电功：
⑴定义：电路中 ，简称电功，通常也说成是电流的功。用W表示。
【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少。
⑵（阅读教材53页，结合图2.5-1）推导电功的表达式：
表达式：W=
⑶结论：电流在一段电路上的功等于
⑷单位：焦耳（J） 1J=1V·A·s
2、电功率
⑴定义：
⑵表达式：P= （对任何电路都适用）
上式表明：电流在一段电路上做功的功率P，等于 。
⑶单位：瓦特（W） 1W=1J/s
二、焦耳定律——电流热效应
1、焦耳定律
⑴内容 。
⑵表达式：Q=
2、热功率：
⑴定义：
⑵表达式：P=
【说明】：
电能全部转化为内能的电路为纯电阻电路（如只含白炽灯、电炉等电热器的电路）。在纯电阻电路中：
电功W等于电热Q： W= Q=UIt=I2Rt =
电功率P电等于热功率P电=P热＝UI＝I2R＝
2、电能转化为热能和其他形式能的电路为非纯电阻电路（如含有电动机、电解槽的电路）。在非纯电阻电路中，电能除了转化为热能外，还转化为机械能、化学能等：
①电功W大于电热Q：W ＞Q。即W=Q+E其它
电功： W= UIt
电热： Q =I2Rt
注意： t既不能表示电功，也不能表示电热
②电功率P电大于热功率P热：P电﹥P热 P =P热+ P其它（UI = I2R + P其它）
电功率：P电= UI≠
热功率：P热＝I2R≠
【典型例题】
【例1】 一根电阻丝，通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　)
A．4 V 16 J　　　　　　　　B．8 V 16 J
C．4 V 32 J D．8 V 32 J
【例2】一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V电压后，消耗功率66 W，问：?
（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？?
（2）电风扇正常工作时热功率是多少？转化为机械能的功率是多少？电动机的效率是多少？?
（3）如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？?
【课堂练习】
1、关于电功，下列说法中正确的有( )
A.电功的实质是电场力所做的功
B.电功是电能转化为内能的量度
C.电场力做功使电能转化成其他形式能量的量度
D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
2、关于电功和焦耳热，下列说法错误的是(　　)
A．在纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2Rt
B．在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2Rt
C．在纯电阻电路中，计算焦耳热可用公式Q＝I2Rt
D．在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用公式Q＝IUt
3、对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（ ）
A． B. C. D.
4.家用电饭锅有两种工作状态，一是锅内水烧开前的加热状态，一是水烧开后的保温状态，其电路如图所示．R1是一电阻，R2是加热用的电阻丝，则电饭锅(　　)
A．S闭合时为保温状态
B．S断开时为加热状态
C．S闭合时为加热状态
D．S断开时为保温状态
5.不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V，40W”的灯泡，下列说法正确的是
A.接在110 V的电路上时的功率为20 W
B.接在110 V的电路上时的功率为10 W
C.接在440 V的电路上时的功率为160W
D.接在220 V的电路上时的功率为40 W
6.如图，电灯L1、L2都标有“220V，100W”；电灯L3、L4都标有“220V，40W”．将A、B两端接入电源，最暗的灯是(　 )
A．L1 B．L2
C．L3 D．L4
7.一幢居民楼住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等等．停电时，用欧姆表测得A、B间的电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，如图所示，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是(　　)
A．P＝I2R B．P＝U2/R
C．P＝IU D．P＝
8.一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0.3V，电流为0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，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
9.一台直流电动机线圈电阻r =1Ω，与一阻值R=10Ω的电阻串联，当所加电压U=150V，电动机正常工作时电压表示数100V，求电动机消耗的功率及输出的机械功率。
　　
高二物理《电路中的能量转化》导学案
编制：张才文 复核：刘永福 使用时间：2021.9.6
例1：答案　D 解析：利用W＝qU可求出电压U1，再由I＝＝可以求出U2，然后利用W＝qU求W2。设电阻丝电阻为R，开始所加电压U1，则W1＝q1U1
即8＝2U1，故U1＝4 V.
设后来所加电压为U2，产生的热量为W2，则
I2＝＝①
又I1＝＝②
由①②得U2＝U1＝×4 V＝8 V
W2＝q2U2＝4×8 J＝32 J
例2：解答 （1）因为P入=IU?
所以I= A=0.3 A?
（2）电风扇正常工作时转化为内能的功率?
P热=I2R=0.32×20 W=1.8 W?
电风扇正常工作时转化为机械能的功率?
P机=P入-P热=66 W-1.8 W=64.2 W?
电风扇正常工作时的效率?
η=×100%=97.3%?
(3)电风扇风叶被卡住后电动机不转时可视为纯电阻，通过电风扇的电流?
I= A=11 A?
电动机消耗的电功率?
P=IU=11×220 W=2420 W?
电动机发热功率?
P内=I2R=112×20 W=2420 W?
【课堂练习】
1、AC
2、答案　B
3、CD 解析：在纯电阻电路中：电功率P电等于热功率P热：P电=P热=UI＝I2R＝
在非纯电阻电路中：电功率P电大于热功率P热：P电﹥P热
P =P热+ P其它（UI = I2R + P其它）
电功率：P电= UI≠
热功率：P热＝I2R≠
4.答案　CD 解析：接通开关S时，R1被短路，R2直接接在电源两端，电路消耗的电功率为.当开关S断开时，R1、R2串联后接到电源上，电路消耗的电功率为因为P1＞P2，所以开关S接通时，电饭锅处于加热状态，开关S断开时，电饭锅处于保温状态
5.解析：正确选项为BD。
（法一）由得灯泡的电阻Ω＝1210Ω
∴电压为110V时， W=10 W
电压为440V时，超过灯炮的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P=0.
（法二）由。可知R一定时，P∝U2，
∴当U=110V=，P=P额/4=10 W
6.答案C 解析：根据灯泡的规格，人R1=R2＜R3=R4。电路可以看成是由L2、L3并联，然后与L1、L4串联而成。并联部分的总电阻小于任一电阻，所以P2+P3 ＜P1＜P4。对于L2、L3并联部分，由于电压相等，R2＜R3，因此P2＞P3，所以P3＜P2＜P1＜P4，所以L3最暗。
7.答案　CD
8.解析：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：
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＝0.8×2W＝1.6 W
电动机的机械功率
P机=P入-I12r=1.6-0.82×1 W=0.96W
9、电路中的电流:
电动机消耗的功率：P=IUM=5×100=500W
电动机的热功率：P热=I2r =25W　
输出的机械功率：P机=P-P热=500-25=475W
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