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1、第四节电路中的能量转化与守恒本讲稿第一页，共二十八页检查预习：（1）叫电功。(2)电功的计算公式W=。(3)电功率的计算公式P=。（4）焦耳定律的内容。（5）热功率的计算公式P热=。本讲稿第二页，共二十八页4.4电路中的能量转化与守恒本讲稿第三页，共二十八页知识与技能：1、理解电路中的能量转化情况，即在电路中哪部分发生由什么能转化成什么能的问题。加深对能的转化和守恒定律的认识2、掌握分析、计算电路中功率及能量的转化的方法.3、理解电源的输出功率。4、会计算电源的效率本讲稿第四页，共二十八页过程与方法:1对电路中各部分做功情况、能量转换情况的分析、理解2对非纯电阻电路中能量转化问题的理解、应用本
2、讲稿第五页，共二十八页情感态度与价值观：让学生能关注新科技在生活、生产中的应用价值。本讲稿第六页，共二十八页电路中的能量转化与守恒电路中的能量转化与守恒本讲稿第七页，共二十八页一、电功与电功率1、电功：（1 1）定义：）定义：电流做的功电流做的功简称电功。导体两端简称电功。导体两端加上电压，导体内建立电场，在电场力作用加上电压，导体内建立电场，在电场力作用下下自由电子自由电子定向移动，形成电流，电场力做功，定向移动，形成电流，电场力做功，又说成电流做功。又说成电流做功。（2 2）表达式：）表达式：W=qUW=qU=UIt=UIt(4)(4)单位：焦耳，千瓦时，电子伏特单位：焦耳，千瓦时，电子伏
3、特（5 5）物理意义）物理意义:电流做了多少功就有多少电能电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能转化为其他形式的能本讲稿第八页，共二十八页2、电功率（1）定义：单位时间内电流所作的功）定义：单位时间内电流所作的功（2）公式：）公式：P=U（3）单位：瓦特）单位：瓦特 (4)(4)物理意义：表示电流做功的快慢物理意义：表示电流做功的快慢wt本讲稿第九页，共二十八页说明：（1）电功）电功W=UIt和电功率和电功率P=UI的定义式适用的定义式适用于任何电路于任何电路（2）在纯电阻电路中遵循欧姆定律由于）在纯电阻电路中遵循欧姆定律由于U=IR，所以有：，所以有：W=UIt=I2Rt=(U2/R)
4、t P=UI=I2R=U2/R 对于非纯电阻的电路比如电动机，电解槽对于非纯电阻的电路比如电动机，电解槽等由于不遵循欧姆定律所以电功只等于等由于不遵循欧姆定律所以电功只等于UIt，电功率也只能用，电功率也只能用P=UI本讲稿第十页，共二十八页二二、焦耳定律与热功率、焦耳定律与热功率（1）焦耳定律）焦耳定律内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成反比，跟通电时间成正成正比，跟导体的电阻成反比，跟通电时间成正比，这个规律叫做焦耳定律比，这个规律叫做焦耳定律表达式：表达式：Q=Q=2 2RtRt使用范围：使用范围：Q=Q=2 2RtR
5、t是电热的定义式，适用于任是电热的定义式，适用于任何电路何电路物理含义：电能通过电流的做功转化为内能物理含义：电能通过电流的做功转化为内能本讲稿第十一页，共二十八页（二）热功率（二）热功率定义：单位时间内电流通过导体发出的热表达式：P=Q/t=2R单位:瓦特 符号 W本讲稿第十二页，共二十八页说明：（1 1）电路上发热的的热功率取决于通过）电路上发热的的热功率取决于通过这段电路的电流和电阻，这段电路的电流和电阻，P=IP=I2 2R R对任何情对任何情况的热功率都适用况的热功率都适用（2 2）纯电阻电路：）纯电阻电路：W=Q P=PW=Q P=P热热 非纯电阻电路：非纯电阻电路：WQ PPWQ
6、 PP热热本讲稿第十三页，共二十八页欧姆定律是否成立电功与电热的关系电功率与热功率的关系能量转化的情况纯电阻电路是W=QUIt=P=P热UI=电能热能非纯电阻电路否WQUItPP热UI电能热能+其他能本讲稿第十四页，共二十八页如图所示，用电器两端电压U，电流I回答：（1）时间t内，电流对用电器做功；W=UIt（2）该用电器的电功率；P=W/t=UI（3）若用电器电阻为R，时间t内该用电器产生的热量；Q=I2Rt（4）该用电器的热功率；）P热=Q/t=I2R（5）电功与电热是否相等？它们的大小关系如何？为什么？(分为纯电阻电路与非纯电阻电路分别分析）若电路为纯电阻电路，则W=Q=I2Rt,，若电
7、路为非纯电阻电路，则WQ（因为W内还包括电能转化成的其它能量，即W=Q+E）本讲稿第十五页，共二十八页（1）W=UIt（2）P=W/t=UI（3）Q=I2Rt（4）P热=Q/t=I2R（5）纯电阻电路，则W=Q=I2Rt,非纯电阻电路，则WQ，即W=Q+W它本讲稿第十六页，共二十八页由于闭合电路中内、外电路的电流相等，由于闭合电路中内、外电路的电流相等，由由 得得1 1电源提供的功率（电源功率）电源提供的功率（电源功率）2 2电源的输出功率（外电路得到的功率）电源的输出功率（外电路得到的功率）3 3电源内阻上的热功率电源内阻上的热功率 三三、闭合电路中的功率闭合电路中的功率4 4闭合电路中的能
8、量转化闭合电路中的能量转化电源提供电源提供电源提供电源提供电能电能电能电能外电路消耗的外电路消耗的外电路消耗的外电路消耗的能量能量能量能量内电路消耗的内电路消耗的内电路消耗的内电路消耗的电能电能电能电能本讲稿第十七页，共二十八页结论：结论：电源的效率随外电阻的增大而增大电源的效率随外电阻的增大而增大电源的工作效率电源的工作效率对纯电阻电路对纯电阻电路,电源的效率为电源的效率为:本讲稿第十八页，共二十八页1.1.如图所示的电路中如图所示的电路中,电源的电动势电源的电动势E=10V,E=10V,内阻内阻r=0.5r=0.5,电动机的电阻电动机的电阻R R0 0=1.0=1.0,电阻电阻R R1 1
9、=1.5=1.5.电电动机正常工作时动机正常工作时,电压表的示数电压表的示数U U1 1=3.0V,=3.0V,求求:(1)(1)电源释放的电功率电源释放的电功率.(2)(2)电动机消耗的电功率电动机消耗的电功率?将电能转化为机械能的将电能转化为机械能的功率功率?(3)(3)电源的输出功率电源的输出功率R1ErV(1)P(1)P电电=20W=20W(2)P(2)P电动机电动机=12W,P=12W,P电电 机械机械=8 8W W(3)P(3)P出出=18W=18W本讲稿第十九页，共二十八页2、电源电动势E=20V,内阻r=1,用理想电压表测出电动机两端电压U=10V,已知电动机线圈电阻RM=1,
10、则错误的为（）A.通过电动机的电流为10AB.电动机的输入功率为20WC.电动机发热消耗的功率为4WD.电动机输出功率为16W本讲稿第二十页，共二十八页3.3.如图所示如图所示,直线直线A A为电源的路端电压为电源的路端电压U U与电流与电流I I的关系的关系图线图线,直线直线B B是电阻是电阻R R的两端电压的两端电压U U与电流与电流I I的关系图的关系图象象,用该电源与电阻用该电源与电阻R R组成闭合电路组成闭合电路,电源的输出功电源的输出功率和电源的效率分别为多少率和电源的效率分别为多少?0I/AU/V123246BAPP P出出=4W=4W=66.7%=66.7%本讲稿第二十一页，共
11、二十八页课本案例分析：在图中，发电机的内阻r=0.1欧，每根连接导线的电阻r1=0.1欧，负载电阻R=22欧，电路中的电流强度I=10A，求：（1）负载两端的电压UR；（2）外电路上的电压U端；（3）发电机的电动势；（4）整个外电路上消耗的功率P外；（5）负载上消耗的功率；（6）导线上消耗的功率；（7）发电机内部消耗的功率；（8）发电机的功率。本讲稿第二十二页，共二十八页案例分析：解(1)负载两端的电压UR=IR=220V(2)外电路上的电压U=I(r+R)=222V(3)发电机的电动势E=I(r+r+R)=223V(4)外电路上消耗的功率P外=I2(r+R)=2220W(5)负载上消耗的功率
12、PR=I2R=2200W(6)导线上消耗的功率P线=I2r=20W(7)电动机内部消耗的功率P内=I2r=10W(8)发电机的功率P=EI=I2(r+r+R)=2230W本讲稿第二十三页，共二十八页0RPrPM电源最大输出功率电源最大输出功率电源的功率最大时，其效率只有50本讲稿第二十四页，共二十八页1.1.如图所示的电路中如图所示的电路中,电源的电动势为电源的电动势为2V,2V,内阻为内阻为0.50.5,R,R0 0为为2 2,变阻器的阻值变化范围为变阻器的阻值变化范围为010010,求求:(1)(1)变阻器阻值多大时变阻器阻值多大时,R,R0 0消耗的功率最大消耗的功率最大.(2)(2)变
13、阻器阻值多大时变阻器阻值多大时,变阻器消耗的功率最大变阻器消耗的功率最大.其最大功率为多少其最大功率为多少?R0ErRR=0R=0时时,输出功率最大输出功率最大R=2.5R=2.5时时,变阻器消耗的功率最大变阻器消耗的功率最大.P.Pm m=0.4W=0.4W本讲稿第二十五页，共二十八页2(12分分)如图所示，如图所示，R为电阻箱，为理想电压表当为电阻箱，为理想电压表当电阻箱读数为电阻箱读数为R1=2时，电压表读数为时，电压表读数为U1=4V；当；当电阻箱读数为电阻箱读数为R2=5时，电压表读数为时，电压表读数为U2=5V求：求：（05江苏）江苏）(1)电源的电动势电源的电动势E和内阻和内阻r
14、。(2)当电阻箱当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大读数为多少时，电源的输出功率最大?最大值最大值Pm为多少为多少?本讲稿第二十六页，共二十八页本讲稿第二十七页，共二十八页3.如图所示，图线如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线若已知该蓄电池组的内阻的伏安特性曲线若已知该蓄电池组的内阻为为2.0，则这只定值电阻的阻值为，则这只定值电阻的阻值为_。现有。现有4只这种规格的定值电阻，只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是中，输出功率最大时是_W。U/VI/Ao2015105ab本讲稿第二十八页，共二十八页