【教育资料】2017-2018学年高中创新设计物理粤教版选修3-1学案：第二章第7讲 电功率学习精品.pdf

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1、教育资源目标定位1.理解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能，会计算电流所做的功与电功率.2.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的区别，会根据焦耳定律计算用电器产生的电热.3.理解闭合电路的功率，进一步体会能量守恒定律的意义和普适性一、电功和电功率一、电功和电功率1电功(1)定义：在一段电路中电场力所做的功称电功，即通常说的电流所做的功(2)表达式：WUIt.(3)单位：焦耳，符号：J.(4)实质：电能转化为其他形式的能(5)适用条件：任何电路2电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功W(2)公式：PUI.t(3)单位：瓦特，符号：W.(4)物理意义：表示电流做功的快慢(5)适用条件：任何电路深度

2、思考(1)两个电阻串联，功率和电阻存在什么关系？(2)两个电阻并联，功率和电阻存在什么关系？答案(1)由 PI2R 知，串联电阻的功率与电阻成正比U2(2)由 P知，并联电阻的功率与电阻成反比R例 1将两个定值电阻 R1、R2并联在电压为 U 的电源两端，R1消耗的功率为 P1，R2消耗的功率为 3P1，当把它们串联在电压为 4U 的电源两端时，下列说法正确的是()AR1两端的电压为 UBR2消耗的功率变小C通过 R2的电流变小D两个电阻消耗的总功率为12P1解析当 R1、R2并联在电压为 U 的电源两端时，两电阻两端的电压为U，根据PIU，功率之比等于电流之比，根据并联电路电流和电阻的关系，

3、可知：R13R2；当把它们串联在电压教育资源教育资源4UU为 4U 的电源两端时，电路中的电流I，故通过 R2的电流不变，电压不变，所3R2R2R2U以 R2的电功率不变，仍为3P1，故 B、C 错误；R1两端的电压 U1IR13R23U，故 AR2U错误；两个电阻消耗的总功率PUI4U12P1，故 D 正确R2答案D例 2A、B 为“220V100W”的两盏相同的灯泡，C、D 为“220V40W”的两盏相同灯泡，A、B 灯的电阻为_；C、D 电阻为_.现将四盏灯泡接成如图 1 所示电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为 PA、PB、PC、PD，则实际功率的大小顺序是_图 1UU22202

4、2202解析由 PIU 和 I，得 R则：RARB484，RCRD1210；RP10040U2由电路图可知，B、C 并联，所以电压相等，根据P可知：PBPC，A、D 串联，电流相R等，由 PIU 和 UIR，得 PI2R 可知，PDPA；A、D 的电流大于 B、C 的电流，根据 PI2R 可知：PAPB，PDPC；所以 PDPAPBPC.答案4841210PDPAPBPC1额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率，也是用电器两端电压为额定电压或通过的电流为额定电流时消耗的电功率.用电器铭牌上所标的功率即为额定功率.2实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率.为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能

5、大于其额定功率.二、焦耳定律和热功率二、焦耳定律和热功率1焦耳定律(1)内容：在一段只有电阻元件的纯电阻电路中，电场力所做的功 W 等于电流通过这段电路时发出的热量 Q，即 QWUItI2Rt.(2)表达式：QI2Rt.(3)适用条件：任何电路2热功率(1)定义：一段电路因发热而消耗的功率(2)表达式：PI2R.(3)适用条件：任何电路教育资源教育资源3纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路能量转化情况WQ 即 IUt电功和电热的关系I2RtUtR2WQE其他UItI2RtE其他PP热P其他即 IUtI2RP其他UUIRIR不成立电功率和热功率的关系PP热，U即 IUI2RRUUIRI

6、R成立2欧姆定律是否成立深度思考电风扇、电冰箱消耗的电能等于I2Rt 吗？电风扇、电冰箱消耗的电能转化成什么形式的能量？答案不等于；电风扇、电冰箱消耗电能没有全部转化为热能，有大部分转化为机械能，小部分转化为电热例 3下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多U2BWIUt 适用于任何电路，而 WI Rtt 只适用于纯电阻电路R2C在非纯电阻电路中，IUI2RD焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路WP解析电功率公式 P，表示电功率越大，电流做功越快 对于一段电路，有 PIU，I，tUP焦耳热 Q()2Rt，可见 Q 与 P、U、t 都

7、有关，所以P 越大，Q 不一定越大，A 错WIUtUU是电功的定义式，适用于任何电路，而 I 只适用于纯电阻电路，B 对在非纯电阻电路中，R电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，即 IUI2R，C 对QI2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D 对答案BCD三、闭合电路的功率三、闭合电路的功率1电源的功率：就是电源提供的总功率，即电源将其他形式的能转化为电能的功率，也叫电源消耗的功率，P总EI.教育资源教育资源2电源输出功率：整个外电路上消耗的电功率，P出UI.3电源内耗功率：内电路上消耗的电功率，即电源内阻的发热功率，P内U内II2r.4闭合电路的功率关系：(1)功率关系：IEIUI2

8、r 或 EIU外IU内(2)能量关系：IUtI2RtI2rt，此表达式反映了电源克服静电力做的功等于内、外电路消耗的电能之和例 4如图 2 所示，电源电动势 E10V，内阻 r0.5，标有“8V16W”的灯泡 L 恰好能正常发光，电动机线圈的电阻 R01，求：图 2(1)电源的总功率；(2)电动机的输出功率解析(1)L 正常发光，路端电压等于灯泡额定电压8V.U内内电压 U内(108)V2V，则总电流 I4A，r电源总功率为 P电IE410W40W.P(2)流经电动机的电流 IMI 2A.U输入电动机的总功率 PM 总UIM82W16W.电动机内阻消耗功率 PM 内I2MR041W4W.故电动

9、机的输出功率 PM 出(164)W12W.答案(1)40W(2)12W电动机的功率和效率,电动机的总功率输入功率：P入IU.电动机的热功率 P热I2r.,电动机的输出功率机械功率：P出IUI2r.P出IUI2rIr电动机的效率：1.IUUP入说明：注意区分电动机的几种功率，从能量守恒角度分析和考虑电动机问题.1(电功和电功率)(多选)如图 3 所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法，正确的是()图 3AU甲2U乙教育资源BU甲2U乙教育资源CR甲4R乙答案BC解析设灯泡的电阻为 R，正常发光

10、时电流为 I，电压为 U，由于两个电路的总功率相等，PU甲IU乙2I，得U甲2U乙；又由U甲2UIR甲，U乙U2IR乙，得R甲4R乙，故正确答案为 B、C.2(焦耳定律)通过电阻 R 的电流为 I 时，在t 时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为I，则在时间 t 内产生的热量为()2A4QQC.2答案C1解析根据 QI2Rt 得，电阻变为原来的2 倍，电流变为原来的，时间不变，则热量变为原21来的，C 正确23(非纯电阻电路的特点及有关计算)如图 4 所示是一直流电动机工作时的电路图电动机内阻 r0.8，电路中另一电阻 R10，直流电压 U160V，电压表示数 UV110V试求：图 4(1

11、)通过电动机的电流；(2)输入电动机的总功率；(3)电动机输出的机械功率答案(1)5A(2)550W(3)530W解析(1)由电路中的电压关系可得电阻R 的分压 URUUV(160110)V50VUR50通过电阻 R 的电流 IRA5AR10即通过电动机的电流 IMIR5A.(2)电动机的分压 UMUV110V输入电动机的总功率 P总IMUM550W.(3)电动机的热功率 P热I2Mr20W电动机输出的机械功率P出P总P热530W4(闭合电路的功率关系)如图 5 所示，电源电动势 E30V，内阻 r1，灯泡上标有“6V12W”字样，直流电动机线圈电阻R2，若灯泡恰好能正常发光，求电动机输出的机

12、械功教育资源B2QQD.4DR甲2R乙教育资源率图 5答案36W解析因灯泡正常发光，P12所以 I A2AU6U内Ir21V2V所以电动机两端电压为UMEU内U30V2V6V22V电动机输出的机械功率为P机UMII2R222W222W36W.题组一题组一对电功、电功率的理解和计算对电功、电功率的理解和计算1(多选)关于电功，下列说法中正确的有()A电功的实质是静电力所做的功B电功是电能转化为其他形式能的量度C静电力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D电流通过电动机时的电功率和热功率相等答案AB2两个精制电阻，用锰铜电阻丝绕制而成，电阻上分别标有“10010W”和“2040W”，则它们

13、的额定电流之比为()A.55B.1020C.510D12019答案C解析由公式 PI2R 得：IP，所以 I1I2 510.R3电压都是 110V，额定功率 PA100W，PB40W 的灯泡两盏，若接在电压为 220V 的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是()答案C解析判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对U2灯泡有 PIU，可知 RARB.R对于 A 电路，由于 RARB，所以 UBUA，且有 UB110V，B 灯被烧毁，UA110V，A 灯教育资源教育资源不能正常发光对于 B 电路，由于 RBRA，A 灯又并联变阻器，并联电阻更小于R

14、B，所以 UBU并，B 灯烧毁对于 C 电路，B 灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110V，两灯可以正常发光对于 D 电路，若变阻器的有效电阻等于A、B 的并联电阻，则 UAUB110V，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(IAIB)110V，而 D 电路中变阻器功率为(IAIB)110V，所以 C 电路消耗电功率最小4两盏额定功率相同的灯泡A 和 B，其额定电压 UAUB，则下列说法正确的是()A两灯正常发光时，灯泡的电流IAIBB两灯电阻 RARBC将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PAPBD将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功

15、率PARB，由 PIU 可知额定电流 IAPB，故 C 错误；1两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P，所以 PAPB，故 D 正确R5用稳压电源和三根电阻丝 R1、R2、R3来加热一桶水，三根电阻丝采用如图所示的几种连接方式，则供热最快的是()答案B解析A 选项总电阻为 R1R2R3，B 选项的总电阻小于 R1、R2、R3三个电阻的任何一个电阻，C 选项的总电阻大于 R3，D 选项的总电阻大于R1，可知B 选项的总电阻最小，根据PU2知，电功率最大，供热最快故B 正确R题组二题组二焦耳定律的理解焦耳定律的理解非纯电阻电路计算非纯电阻电路计算U2W6(多选)关于四个公式PIU；PI R；P

16、；P，下列叙述正确的是()Rt2A公式适用于任何电路的电功率的计算教育资源教育资源B公式适用于任何电路的热功率的计算C公式适用于任何电路电功率的计算D以上均不正确答案ABWU22解析PIU、P适用于任何电路的电功率的计算，而 PI R、P只适用于纯电阻电tR路的电功率的计算，故 A 正确，C、D 错误 PI2R 适用于任何电路的热功率的计算，PIU、U2P只适用于纯电阻电路的热功率的计算，故B 正确R7额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间比较它们产生的热量，结果是()A电风扇最多C日光灯最多答案B解析在三种用电器中，只有电烙铁能将电能全部转化为

17、内能，电风扇将部分电能转化为机械能，日光灯将部分电能转化为光能，故B 选项正确8有一内阻为 4.4 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电解槽消耗的电功率为60WC电解槽的发热功率为60WD电路消耗的总功率为60W答案B解析灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得 110V 电压，且流过电解槽的电流 II灯B电烙铁最多D一样多606AA，则电解槽消耗的电功率PIUP灯60W，A 选项错误，B 选项正确；电解110112热I r1.3W，C槽的发热功率 P选项错误；电路消耗的总功率 P总IU总62

18、20W11120W，D 选项错误9(多选)如图 1 所示，电阻R120，电动机线圈的电阻R210.当开关断开时，电流表的示数是 0.5A，当开关闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I 和电路消耗的电功率 P 应是()图 1教育资源教育资源AI1.5ACP15W答案BD解析电路两端的电压为：UI1R10.5A2010V 电动机是非纯电阻用电器，UI2I22R2，U所以 I21A电流表的示数 II1I21.5A，A 错误，B 正确电路总功率为 PU(I1R2I2)15W，C 错误，D 正确BI1.5ADP15W题组三题组三综合应用综合应用10 如图 2 所示的电路中，电源电压为

19、 60V，内阻不计，电阻 R2，电动机的内阻 R01.6，电压表的示数为 50V，电动机正常工作，求电动机的输出功率图 2答案210W解析电动机正常工作时，电动机两端的电压 U050V，此时通过电路中的电流：IEU05A，电动机的输出功率P出U0II2R0210W.R11规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40，求：(1)接上 220V 的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上(1)中电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率(计算结果均保留为整数)答案(1)35W1W(2)1210W1210WP36解析(1)排气扇在 220V 的电压下正常工作

20、时的电流为I A0.16AU220发热功率为P热I2R(0.16)240W1W转化为机械能的功率为P机PP热(361)W35W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此教育资源URR教育资源U220时电动机中电流为 I A5.5AR40电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电P热UI2205.5W1210W.12表中是一辆电动自行车说明书上的一些技术参数，根据表中提供的信息，探究以下问题：(g 取 10m/s2，计算结果均保留两位有效数字)规格车型26电动自行车后轮驱动直流电机额定输出功率额定电压额定电流120W40V3.5A整车质量最大载重30k

21、g120kg(1)在额定电压下工作时，该电机的内阻是多少？其效率为多大？(2)假设行驶过程中所受阻力是车和人总重的0.02 倍，在最大载重量的情况下，人骑车行驶的最大速度为多大？答案(1)1.686%(2)4.0m/s解析(1)由题目提供的表可知，电机的输出功率为P出120W，额定电压为 U040V，额定电流为 I03.5A电机正常工作时输入功率为P入U0I0403.5W140W所以电机的效率为P出120 100%100%86%140P入设电机的内阻为 r，则由欧姆定律知 P入P出I20r解得 r1.6(2)由题意知，行驶时所受阻力为F阻k(Mm)g当达到最大速度 vmax时，应有 P出F阻v

22、max解得 vmax4.0m/s.13如图 3 所示电路中，电池组的电动势E42V，内阻 r2，定值电阻 R20，D 是电教育资源教育资源动机，其线圈电阻 R1.电动机正常工作时，理想电压表示数为20V求：图 3(1)通过定值电阻 R 的电流；(2)电动机的电功率；(3)电动机的输出功率答案(1)1A(2)20W(3)19W解析(1)由 EUVURr可得 R 和电源内阻的电压之和为：URrEUV由欧姆定律可得电路电流为：EUV4220IA1 ArR220通过定值电阻 R 的电流为 1 A.(2)电动机为非纯电阻元件，故其功率为：P电UVI201 W20 W(3)电动机的发热功率为：P热I2R121 W1 W故电动机的输出功率为：P出P电P热20 W1 W19 W教育资源