资源简介 (共27张PPT)第十二章 电能 能量守恒定律12.1 电路中的能量转化导入新课现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器,如电灯、电热水壶、电动汽车、手机等。那么,你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗?(1)电灯工作时,把电能转化为光能(2)电热水壶工作时,把电能转化为内能(3)电动机工作时,把电能转化为机械能(4)手机电池充电时,把电能转化为化学能………1、一段电路两端的电压为U,通过的电流为I。(1)在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量表达式是什么?(2)在时间t内将电荷由这段电路的一端移动到另一端静电力所做功的表达式是什么?一、电功和电功率q=ItW=qU=UIt2、静电力做功的快慢用什么物理量描述?静电力做功的快慢用电功率描述交流讨论表达式是什么?P=UI1.电功(1)定义:电流在一段电路中所做的功。(2)公式:W=UIt 。(3)单位:焦耳,符号J;常用单位:千瓦时(kW·h)1 kW·h =3.6×106J。(4)说明:①实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做正功,电势能减小,其它形式的能增加。②适用条件:任何电路。一、电功和电功率梳理深化2.电功率(1)定义:电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。(2)公式:公式表明:电流在一段电路上做功的功率 P 等于电流 I 跟这段电路两端电压U 的乘积。(3)单位:瓦特,符号W。(4)说明:①意义:电流做功的快慢;②适用条件:任何电路。一、电功和电功率【例1】有额定电压都是110 V,额定功率PA=100 W,PB=40 W 的电灯两盏,若接在电压是220 V的电路上,两盏电灯均能正常发光,下列电路中消耗功率最小的电路是( )巩固提升一、电功和电功率CADCB练习1、把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的总功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论中正确的是( )A.P甲=P乙 B.P甲=3P乙 C.P乙=3P甲 D.P乙>3P甲甲乙一、电功和电功率B1、用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么原因?二、焦耳定律电流产生的热与电阻有关交流讨论2、忽略能量损失,用电炉烧水时,电能是如何转化的?电能全部转化为导体的内能;电流在这段电路中做的功 W 等于这段电路产生的热量 Q,即W=Q守恒思想3、由电功的公式、欧姆定律和W=Q,推导热量、电流和时间的关系式。二、焦耳定律W=UItU=IR4、归纳热量、电流、电阻和时间的关系。电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比5、由电功率的公式、欧姆定律和W=Q,推导热功率的表达式。1.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。(2)表达式:Q=I2Rt 。(3)适用条件:任何电路。梳理深化二、焦耳定律2.热功率(1)表达式:P热=I 2R 。(2)物理意义:表示电流发热快慢的物理量。(3)适用条件:任何电路。【例2】通过电阻R的电流为I 时,在时间t内产生的热量为Q;若电阻为2R,电流为 时,则在时间t内产生的热量为( )A.4Q B.2Q C. D.巩固提升二、焦耳定律C练习2、把家用电炉的电热丝剪去一小段后,继续使用,则在同样的时间内( )A.由Q=I2Rt可知,电炉的发热量减小B.由Q=UIt可知,电炉的发热量不变C.由Q= 可知,电炉的发热量增大D.无法确定二、焦耳定律C1、如图,当电动机接上电源后,会带动风扇转动,这里涉及哪些功率?功率间的关系又如何?三、电路中的能量转化涉及电功率、机械功率和热功率(能量损失)交流讨论电能转化为机械能和内能,功率间满足关系式:2、把标有“220 V 40 W”的电热丝和“220 V 40 W”的电动机,它们并联后接到220 V的照明电路中,二者都能正常工作,它们在相同的时间内产生的电热相同吗?为什么?不同纯电阻电路非纯电阻电路三、电路中的能量转化守恒思想电热丝:电能全部转化为内能电动机:电能转化为内能和机械能功率关系1.两种电路 纯电阻电路 非纯电阻电路举例能量转化情况电功和电热的关系梳理深化三、电路中的能量转化白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽W=Q即 UIt=I2RtW=Q+E其他即UIt=I2Rt+E其他电功率和热功率的关系欧姆定律是否成立说明 三、电路中的能量转化P=P热即IU=I 2RP=P热+P其他即IU=I 2R+P其他W=UIt、P电=UI 适用于任何电路计算电功和电功率Q=I 2Rt、P热=I 2R 适用于任何电路计算电热和热功率只有纯电阻电路满足W=Q,P电=P热;非纯电阻电路W>Q,P电>P热U=IR,I= ,欧姆定律成立U>IR,I< ,欧姆定律不成立2.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率:P总=UI。(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率:P热=I 2r。(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率:P机=P总-P热=UI-I 2r。三、电路中的能量转化(4)电动机的效率:η= ×100%。(5)当电动机的转子被卡住时,所在电路就变成了纯电阻电路。【例3】一台电动机,线圈的电阻是 0.4 Ω,当它两端所加的电压为 220 V 时,通过的电流是 5 A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少?解析:电动机发热的功率:P热=I2R=52×0.4W=10W电动机消耗的电功率:P电=UI=220×5W=1100W电动机对外做功的功率:P机=P电-P热=1100W-10W=1090W巩固提升三、电路中的能量转化三、电路中的能量转化【例4】在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V;重新调节R使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。解析:电动机停止工作时,电动机中只有电动机的线圈消耗电能,其阻值三、电路中的能量转化【例4】在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V;重新调节R使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。当电动机正常工作时,总功率: P总=U2I2=15.0×2.0W=30.0W线圈电阻的热功率:P热=I22r=2.0 2×2W=8.0W电动机的输出功率:P出=P总-P热=30.0W-8.0W=22.0W三、电路中的能量转化【例4】在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V;重新调节R使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,该重物的质量为多少?(g=10 m/s2)提示:P出=mgv,则练习3、小型直流电动机(其线圈内阻为r=1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联,再与阻值为R=5 Ω的电阻串联,然后接至U=12 V的电源上,如图所示,小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作。求:(1)通过电动机的电流;(2)电动机的输出功率P出;(3)电动机的效率。三、电路中的能量转化解析: (1)流经灯泡的电流 IL= = =1 A流经电阻 R的电流流经电动机的电流 I=IR-IL=0.6 A练习3、小型直流电动机(其线圈内阻为r=1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联,再与阻值为R=5 Ω的电阻串联,然后接至U=12 V的电源上,如图所示,小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作。求:(1)通过电动机的电流;(2)电动机的输出功率P出;(3)电动机的效率。三、电路中的能量转化(2)电动机消耗的总功率P′=ULI=4×0.6 W=2.4 W电动机的热功率P热=I2r=0.62×1 W=0.36 W电动机的输出功率P出=P′-P热=2.4 W-0.36 W=2.04 W(3)电动机的效率η= ×100%= ×100%=85%练习4、规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω。求:(1)接上220 V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。三、电路中的能量转化解析:(1)排气扇在220 V电压下正常工作电流I= = ≈0.16A发热功率P热=I2R=0.162×40W=1W,转化为机械能的功率P机=P-P热=(36-1)W=35W练习4、规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω。求:(1)接上220 V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。三、电路中的能量转化(2)扇叶被卡住不动后电动机相当于纯电阻,电能全部转化为内能,此时通过排气扇的电流I′= = =5.5 A电动机消耗的功率等于发热功率P′=P热=I′U=5.5×220 W=1 210 W由于发热量很大,将很快烧坏电动机线圈课堂小结课外拓展随着家用电器的增多,特别是空调、电热器等大功率用电器的使用,引发的火灾事故越来越多,据统计,很大一部分电器火灾事故是导线、插座或开关等元件温度升高而导致的。请结合及本节课所学知识及本页视频,思考如何避免误操作导致的电器损坏,并将安全用电常识教给家人。 展开更多...... 收起↑ 资源预览