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第3章第3节 电功与电热
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.从能量转化的角度理解电功和电功率;理解电功和能量转化的关系。(物理观念)2.知道焦耳定律的物理意义,能运用焦耳定律推理分析并解决相关问题。(科学思维)3.理解电功和电热的区别,知道纯电阻电路和非纯电阻电路。(物理观念)
基础落实•必备知识全过关
一、电功和电功率1.电功(1)在导体两端加上电压,导体中就会产生电场,导体中的自由电荷在力的作用下就会发生定向移动,在这个过程中,力就对电荷做了功,这就是我们常说的电功。(2)公式:如果电路两端的电压为U,在时间t内通过电路任一横截面的电荷量为q,则电功的大小(或消耗的电能)W=qU。因为q=It,所以W=。(3)电功的单位是焦耳,符号J。常用单位千瓦·时(kW·h),俗称度。1kW·h=3.6×106J。电场电场UIt
2.电功率(1)与所用时间之比称为电功率。(2)公式:=。(3)单位:,简称瓦,符号为W。1W=1J/s=1V·A。电流做的功UI瓦特
二、焦耳定律1.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量与成正比,与导体的及成正比。这就是焦耳定律。(2)公式:Q=I2Rt。2.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路(如电炉、白炽灯等):电流所做的电功与产生的热量相等,即W=Q=UIt=I2Rt,电能完全转化为。(2)非纯电阻电路(如还含有电动机、电解槽、电源等其他转换能量的装置):电能除部分转化为内能外,还要转化为、等。这时,电功应利用公式W=UIt=I2Rt+E其他计算,产生的电热用Q=I2Rt计算,二者已不再相等。电流的二次方电阻通电时间内能机械能化学能
三、身边的电热1.电流热效应的应用例如,电水壶、电饭锅、电暖器、电熨斗等,都利用了电流的,它们的电阻丝由电阻率较大的材料制成。2.电流热效应的危害例如,插头和插座之间、电线连接处如果接触不良,就会产生大电阻,容易发热,甚至迸出火花;发电机、电动机、变压器等电气设备的绕组都用铜导线绕制而成,电阻通过绕组时发热,如果散热不好,就会烧坏绕组的绝缘层,酿成事故;在输电线路中,电流产生的热降低了电能的传输效率,如果通过的电流,发热过多散不出去时,还可能烧坏电线的绝缘层,引起漏电、触电等事故。热效应过大
易错辨析判一判(1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。()(2)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。()×电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。×电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少还与时间有关。
(3)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。()(4)电功率越大,表示电流做功越多。()(5)W=UIt适用于任何电路求电功。()√×电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。√
即学即用练一练1.R1和R2分别标有“2Ω1.0A”和“4Ω0.5A”,将它们串联后接入电路中,如图所示,则此电路中允许消耗的最大功率为()A.1.5WB.3.0WC.5.0WD.6.0W答案A解析把R1和R2串联后,由于R2的最大电流较小,故串联后的最大电流为0.5A,串联后的总电阻为6Ω,所以电路的最大功率为P=I2R=0.52×6W=1.5W,A正确。
2.(多选)一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则(在相同时间内)下列说法正确的是()A.电炉和电动机产生的电热相等B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率C.电炉两端电压小于电动机两端电压D.电炉和电动机两端电压相等答案ABC解析因为电热Q=I2Rt,所以当电流I、电阻R都相等时,在相同时间内产生电热也相等;电炉两端的电压U=IR,但电动机两端的电压除了发热还要工作,即U=IR+U',所以电炉两端电压小于电动机两端电压,由P=UI可知电动机消耗功率大于电炉消耗功率。
重难探究•能力素养全提升
探究一电功和电功率[情境探究]如图所示,已知电路两端的电势差为U,电路中的电流为I,在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右端,电场力做功是多少?要点提示由电流的定义式可得通过某截面的电荷量q=It,根据静电力做功的公式W=qU,可得W=UIt。
[知识归纳]1.对电功的理解(1)从能的角度看,电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少。(2)从力的角度看,电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。2.对电功率的理解(1)电功率表示电流做功的快慢或用电器消耗电能的快慢。(2)公式=UI对任何电路都适用。
3.额定功率和实际功率(1)额定功率:用电器正常工作时所消耗的功率,当用电器两端的电压达到额定电压或电流达到额定电流时,用电器达到额定功率。P额、I额、U额其中一个达到额定值,则另外两个也为额定值。(2)实际功率:用电器在实际电压下电流做功的功率,一般情况下,为保证用电器的安全,实际功率应小于或等于额定功率。
[应用体验]典例1(多选)下列关于电功和电功率的说法正确的是()A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B.电功是电能转化为其他形式能的量度C.白炽灯正常工作时,实际功率等于额定功率D.电功率越小,则电流做功越少答案BC解析用电器的额定功率是它正常工作时的功率,其值是由用电器本身的结构决定的,与实际电流和实际电压无关,A错误,C正确;功是能量转化的量度,电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量,B正确;电流做功的多少不仅与功率的大小有关,还与通电时间有关,D错误。
针对训练1一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36W与36V。若把此灯泡接到输出电压为18V的电源两端,则灯泡消耗的电功率()A.等于36WB.小于36W,大于9WC.等于9WD.小于9W
答案B
探究二焦耳定律[情境探究](1)某一电路中只含有某一元件,即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽的其中一种,分析哪些属于纯电阻电路,哪些属于非纯电阻电路。(2)纯电阻电路中,消耗的电能转化为什么形式的能?对于电动机的电路,消耗的电能转化为什么形式的能?要点提示(1)纯电阻电路有白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅;非纯电阻电路有电动机、电解槽、电容器。(2)内能。内能和机械能。
[知识归纳]纯电阻电路和非纯电阻电路的比较比较项纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器欧姆定律是否适用欧姆定律适用,欧姆定律不适用,U>IR或能量转化电流做功,电能全部转化为内能电流做功,电能除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电炉、白炽灯等电动机、电解槽等
要点笔记不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,电功率都可以用P=UI,热量都可以用Q=I2Rt,热功率都可以用P=I2R。若用变形式,就要考虑是否是纯电阻电路。
[应用体验]典例2规格为“220V36W”的排气扇,线圈电阻为40Ω。(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220V的电压下正常工作时的电流发热功率P热=I2R=(0.16)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,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流,电动机消耗的功率即电功率等于热功率:P电'=P热'=UI'=220×5.5W=1210W。答案(1)35W1W(2)1210W1210W
规律方法电动机电路的分析与计算(1)当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。(2)当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。
针对训练2如图所示,有一内阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端,灯泡正常发光,则()A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W
答案C
学以致用•随堂检测全达标
1.(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到的热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2相串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则下列选项正确的是()A.IU>PB.IU=PC.P>I2(R1+R2)D.P=I2(R1+R2)答案BC解析电吹风机消耗的电功率即消耗的电能的功率为P=UI,大于电阻上的热功率,选项B、C正确。
答案C
3.如图所示为电动机的工作图,已知电动机内阻r=2Ω,电阻R阻值未知,直流电压U=120V。现电动机正常工作,测得工作电流为2A(电流表未画出),理想电压表示数为100V,求:(1)输入电动机的电功率;(2)电阻R的阻值;(3)电动机的输出功率。解析(1)由P=UI得P=200W。(3)由P出=UI-I2r得P出=192W。答案(1)200W(2)10Ω(3)192W
本课结束
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