学案4 电路中的能量转化与守恒

[目标定位] 1.理解电功、电功率的概念与公式并能进行相关计算.2.理解电功和电热、电功率与热功率的区别与联系，知道纯电阻电路、非纯电阻电路中热量的计算.3.明确闭合电路的效率与功率，会分析闭合电路电源的最大输出功率．

一、电功和电功率

1.如图1所示，电路中电流为I，通电时间为t，那么在这段时间内通过这段电路的电荷量是多少？如果电路左、右两端的电势差是U，在电荷q从左端移到右端的过程中．静电力做的功是多少？

图1

2．电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，两者间有何关系？ [要点总结]

1．电流做了多少功，就有多少________转化为其他形式的能，即电功等于电路中________的减少量．

2．电功的实质：电流通过一段电路所做的功，实质是________力在这段电路中所做的功． 3．电功的计算公式：W＝________. 单位：________，符号为J.

常用单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝______________ J. 4．电功率：____________内电流所做的功．它表示电流做功的________． 公式：P＝＝________， 单位：________，符号为________．

Wt

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 C．4 V,32 J 二、焦耳定律

B．8 V,16 J D．8 V,32 J

1．某一电路中只含有某一电器元件，即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻电路，哪些属于非纯电阻电路．

2．在电流通过电炉时，能量是如何转化的？在电流通过电动机时，能量又是如何转化的？ [要点总结] 1．焦耳定律

(1)电流通过导体时产生的热量跟__________________成正比，跟导体的________及____________成正比． (2)公式：Q＝__________. 2．热功率

(1)单位时间内电流通过导体发出的热叫做热功率． (2)表达式：P＝＝________.

3．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的________．此时电功

QtU2U22

等于电热W＝Q＝UIt＝IRt＝t, 电功率等于热功率P＝P热＝UI＝IR＝

RR2

4．非纯电阻电路：含有__________或__________的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做的功一部分转化为__________或__________．还有一小部分转化为内能．此时电功大于电热： W＝UIt＝Q＋E＝IR.

[延伸思考] 小明家有电炉、日光灯、电视机、电脑、电吹风等用电器，小明查了所有用电器的电阻，它们电阻的总和为R，已知小明家所接电网电压为U，于是小明很快算出了他家

2

其他

> Q＝IRt，电功率大于热功率：P＝UI ＝P热＋P2

其他

>P热

U2

用电器的总功率：P＝，小明这种算法正确吗？

R

例2 (多选)用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么( ) A．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t s B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s 三、闭合电路中的能量转化与守恒

闭合电路中，电源电动势为E，内、外电路的电阻分别是r和R，电路中的电流为I.t时间内电源把多少其他形式的能转化为电能？外电路产生的热量是多少？内电路产生的热量是多少？三者之间有何关系？ [要点总结]

1．电源是把其他形式的能转化为________能的装置．电源提供的能量一部分消耗在__________上，一部分消耗在__________上，转化为内能．

2．能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即EIt＝________＋U内It. 功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI＝________＋U内

I.

3．对于外电路是纯电阻的电路，其能量关系和功率关系分别为：EIt＝________＋Irt，EI＝________＋Ir.

电源的效率η＝×100%＝×100%. [延伸思考]

1．纯电阻电路中电源的输出功率与外电阻之间有怎样的关系？什么时候电源的输出功率最大？

2．电源的效率与外电阻有怎样的关系？输出功率最大时，电源的效率也最高吗？

2

2

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