复习4电路中的能量.pptx

20092009年高等学校招生全国统一考试大纲（理综）年高等学校招生全国统一考试大纲（理综）内容内容64.64.电流欧姆定律电阻和电阻定律电流欧姆定律电阻和电阻定律65.65.电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系66.66.半导体及其应用超导及其应用半导体及其应用超导及其应用67.67.电阻的串联、并联串联电路的分压作用并电阻的串联、并联串联电路的分压作用并联电路的分流作用联电路的分流作用68.68.电功和电功率串联、并联电路的功率分配电功和电功率串联、并联电路的功率分配69.69.电源的电动势和内电阻闭合电路的欧姆定律电源的电动势和内电阻闭合电路的欧姆定律路端电压路端电压70.70.电流、电压和电阻的测量：电流表、电压表和电流、电压和电阻的测量：电流表、电压表和多用电表的使用伏安法测电阻多用电表的使用伏安法测电阻要求要求复习复习 电路电路闭合电路中的功和能闭合电路中的功和能 r r M MP P输出输出0 0R R外外一、一个闭合电路的能量应该是守恒的，但又在一、一个闭合电路的能量应该是守恒的，但又在不同形式间转化，通过什么方式完成呢？不同形式间转化，通过什么方式完成呢？在电源部分，非静电力做正功在电源部分，非静电力做正功W W非非=qE=qE，将其它，将其它形式的能转化成电能而内阻上电流做功，将电形式的能转化成电能而内阻上电流做功，将电能转化成内能能转化成内能W W内内=qU=qU（UU为内阻上的电势降）为内阻上的电势降）在外电路部分，电流做功在外电路部分，电流做功W W外外=qU=qU（U U为路端电为路端电压），电能转化成其它形式的能压），电能转化成其它形式的能闭合电路内不同形式的能量，通过闭合电路内不同形式的能量，通过做功做功完成完成1 1、内、外电路中的能量转化关系、内、外电路中的能量转化关系外外电电路路内内电电路路内电路：内电路：其它能其它能 电电 能能 非静电力做功非静电力做功外电路：外电路：电电 能能 其它能其它能静电力做功静电力做功2 2、电动势、电动势与电压与电压U U的比较的比较物理物理意义意义定义式定义式单位单位量量度度式式电动势电动势E E电压电压U UABAB表示电源内部非静电力做表示电源内部非静电力做功功,将其它形式能转化为将其它形式能转化为电能的能力的物理量电能的能力的物理量表示电场通过电场力表示电场通过电场力做功做功,将电能转化为其将电能转化为其它形式能的物理量它形式能的物理量通通路路断断路路V V（伏特）（伏特）1V=1J/C1V=1J/C V V例例1 1、在闭合电路中，、在闭合电路中，U U内内=0.5V,U=0.5V,U外外 =1.5V=1.5V，在电路，在电路中移动中移动2C2C的电荷时，的电荷时，、电源把、电源把 J J的化学能转化为电能的化学能转化为电能、电源内部消耗的电能、电源内部消耗的电能 J J、外电路上电流做功、外电路上电流做功 J J、电源输出电能、电源输出电能 J J。4 41 13 33 3W=qU W=qU E=UE=U内内+U+U外外 qE=qUqE=qU内内+qU+qU外外 电源的总功电源的总功=内部消耗的功内部消耗的功+对外输出的功对外输出的功（内电路做功（内电路做功+外电路做功）外电路做功）二、闭合电路中的功率二、闭合电路中的功率关系关系由于闭合电路中内、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：E=UE=U外外+U+U内内得：得：EI=UEI=U外外I+UI+U内内I I、电源的总功率（电源提供的功率）、电源的总功率（电源提供的功率）P P总总=EI=EI、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）P P出出=UI=UI、电源内阻上的热功率（电源消耗的功率）、电源内阻上的热功率（电源消耗的功率）P P内内=U=U内内I=II=I2 2r r、电源电源供电效率供电效率P P出出P Pm mO r RO r R、电源输出功率电源输出功率当外电阻等于内电阻时，当外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大电源输出功率最大(R(R外外=r=r内内)=P=P出出/P/P总总U U外外/E/E R/(R+r)(R/(R+r)(纯电阻电路）纯电阻电路）例例2 2、如图所示的直流电路中，电源电动势为如图所示的直流电路中，电源电动势为E E，内阻为内阻为r r，外电路中，电阻，外电路中，电阻R R1 1=r=r，滑动变阻器的全，滑动变阻器的全部电阻为部电阻为R R2 2=2r=2r，滑动片从，滑动片从a a端向端向b b端滑动过程中，端滑动过程中，哪种说法正确？哪种说法正确？A A电源的转化功率逐渐增大电源的转化功率逐渐增大B B电源内部的热功率逐渐增大电源内部的热功率逐渐增大C C电源的输出功率逐渐减小电源的输出功率逐渐减小D DR R2 2上得到的功率逐渐减小上得到的功率逐渐减小 电源的转化功率电源的转化功率=电源的总功率电源的总功率=电源提供的功率电源提供的功率R2R1 r ra ab bp p解析解析：当滑片：当滑片P P由由a a向向b b滑动时，外电路电阻逐渐滑动时，外电路电阻逐渐减小，因此电流逐渐增大，可知选项减小，因此电流逐渐增大，可知选项A A、B B正确；正确；当滑片当滑片P P滑到滑到b b端时，外电路电阻等于端时，外电路电阻等于R1R1与内阻相与内阻相同，此时电源输出功率最大因此，同，此时电源输出功率最大因此，C C不正确；不正确；判断判断D D选项时，可把选项时，可把R R1 1看成内阻的一部分，即内阻看成内阻的一部分，即内阻为为2r2r，因此当，因此当P P处于处于a a端时，外阻端时，外阻=内阻内阻=2r=2r，此时，此时R R2 2上的功率最大，所以选项上的功率最大，所以选项D D正确正确A A电源的转化功率逐渐增大电源的转化功率逐渐增大B B电源内部的热功率逐渐增大电源内部的热功率逐渐增大C C电源的输出功率逐渐减小电源的输出功率逐渐减小D DR R2 2上得到的功率逐渐减小上得到的功率逐渐减小R2R1 r ra ab bp p拓展拓展、如图，已知电源内阻、如图，已知电源内阻r=2r=2，定值电阻，定值电阻R R1 1=0.5=0.5，求：，求：、当滑动变阻器、当滑动变阻器R R2 2多大时，电源输出功率最大多大时，电源输出功率最大、当滑动变阻器、当滑动变阻器R R2 2多大时，多大时，R R2 2消耗功率最大？消耗功率最大？*、当滑动变阻器、当滑动变阻器R R2 2多大时，多大时，R R1 1消耗功率最大？消耗功率最大？R2R1 r r、当、当R R1 1+R+R2 2=r=r时，时，R R2 2=1.5=1.5，电源输出功率最大电源输出功率最大、将、将R R1 1等效到电源内部，即电源内阻等效到电源内部，即电源内阻r r=r+R=r+R1 1时，时，R R2 2消耗的功率最大，消耗的功率最大，R R2 2=r=r=2.5=2.5*、P P1 1=I=I2 2R R1 1=2 2(R(R1 1+R+R2 2+r)+r)2 2R R1 1 当当R R2 2=0=0时，时，P P1 1最大最大R R1 1r,电热，电功率电热，电功率 热功率热功率 M电动机电动机电阻电阻 电电功功是是电电能能转转化化为为其其他他形形式式能能量量的的量量度度，即即电电功功表表示示电电流流通通过过导导体体时时转转化化为为其其他他形形式式能能量量的的电电能的总和能的总和 电电热热表表示示的的是是电电流流通通过过导导体体时时转转化化为为内内能能的的电电能，即电热能，即电热仅仅是电能转化为内能的量度是电能转化为内能的量度 电功与电热是两个不同的物理量，不能混淆电功与电热是两个不同的物理量，不能混淆计算计算电功电功时用公式时用公式W WUItUIt进行计算，进行计算，计算计算电热电热时用公式时用公式Q QI I2 2RtRt进行计算进行计算例例4 4、已知电源电动势为已知电源电动势为E=12VE=12V，内阻，内阻r=0.5r=0.5，灯，灯泡的额定电压泡的额定电压8V8V，额定功率，额定功率16W16W，线圈内阻，线圈内阻0.50.5，灯泡刚好正常发光，通电，灯泡刚好正常发光，通电100 min100 min，求：，求：1 1、电源提供的能量、电源提供的能量2 2、电流对灯泡和电动机做的功、电流对灯泡和电动机做的功3 3、灯泡和电动机产生的焦耳热、灯泡和电动机产生的焦耳热4 4、电动机的效率、电动机的效率1 1、5.76105.76105 5J J2 2、9.6109.6104 4J J，2.88102.88105 5J J3 3、9.6109.6104 4J J，1.08101.08105 5J J4 4、62.5%62.5%r rM非纯电阻电路！非纯电阻电路！本题的关键是电路中有本题的关键是电路中有电动机，不是纯电阻电电动机，不是纯电阻电路，因而欧姆定律不再路，因而欧姆定律不再适用突破点是利用电适用突破点是利用电路中的电压关系路中的电压关系例例5 5、如如图图所所示示，电电路路中中电电源源的的电电动动势势为为E E，内内电电阻阻为为r r，开开关关S S闭闭合合后后，当当滑滑动动变变阻阻器器R R的的滑滑动动片片P P向向右右移移动动的的过过程程中中，三三盏盏规规格格相相同同的的小小灯灯泡泡L L1 1、L L2 2、L L3 3的亮度变化情况是的亮度变化情况是A A灯灯L L1 1、L L2 2变亮，灯变亮，灯L L3 3变暗变暗 B B灯灯L L2 2、L L3 3变亮，灯变亮，灯L L1 1变暗变暗C C灯灯L L1 1、L L3 3变亮，灯变亮，灯L L2 2变暗变暗 D D灯灯L L1 1变亮，灯变亮，灯L L2 2、L L3 3变暗变暗 C C 先画出等效电路图，然后先整体再部分进行动态先画出等效电路图，然后先整体再部分进行动态分析即可分析即可 r rP PL L3 3L L2 2L L1 1四、动态电路的分析四、动态电路的分析1 1、程序法、程序法：部分：部分整体整体部分，变化部分，变化不变不变变变化化即从电阻变化的部分入手，由串、并规律即从电阻变化的部分入手，由串、并规律得得R R总总的变化，先分析的变化，先分析I I总总U U内内U U外外，再分析不变电，再分析不变电阻的电流电压（阻的电流电压（U=IRU=IR），最后分析变化电阻的电），最后分析变化电阻的电流电压（流电压（U=IRU=IR、串联、串联U U总总=U=U1 1+U+U2 2、并联、并联I I总总=I=I1 1+I+I2 22 2、极限法、极限法：由滑动变阻器引起的电路变化，可考：由滑动变阻器引起的电路变化，可考虑变成虑变成0 0和和，或其它特殊值，当要注意中间值，或其它特殊值，当要注意中间值3 3、并同串反法、并同串反法：即一个：即一个电阻变大电阻变大时，时，与它与它并并联或间接并联的电阻的联或间接并联的电阻的U U、I I、P P都增大都增大，与它与它串串联或间接串联的电阻的联或间接串联的电阻的U U、I I、P P都减小都减小1 1、对电路中各部分做功情况（什么力做功）、对电路中各部分做功情况（什么力做功）、能量转换情况（什么能之间的转化）的分析、能量转换情况（什么能之间的转化）的分析、理解（结合电动势和电压）理解（结合电动势和电压）小结：电路中的功和能小结：电路中的功和能2 2、认清电源输出功率与效率的联系与区别、认清电源输出功率与效率的联系与区别3 3、对非纯电阻电路中能量转化问题的理解、应用、对非纯电阻电路中能量转化问题的理解、应用4 4、电路中的功率分配（动态电路分析）、电路中的功率分配（动态电路分析）知识网络知识网络总功率：总功率：P P=IEIE输入功率：输入功率：P P出出=IUIU消耗功率：消耗功率：P P内内=I I2 2r r闭合闭合电路电路欧姆欧姆定律定律直流电路的动态分析直流电路的动态分析电路中的能量转化电路中的能量转化电阻、电动机电阻、电动机电功：电功：W W=UItUIt电热：电热：Q Q=I I2 2RrRr直直流流电电路路用电器用电器电源电源含容直流电路的分析含容直流电路的分析电路故障的分析电路故障的分析练练1 1、在电源电压不变的情况下，为使正常工作在电源电压不变的情况下，为使正常工作的电热器在单位时间内产生的热量增加一倍，下的电热器在单位时间内产生的热量增加一倍，下列措施可行的是列措施可行的是A A、剪去一半的电阻丝、剪去一半的电阻丝 B B、并联一根相同的电阻丝、并联一根相同的电阻丝C C、串联一根相同的电阻丝、串联一根相同的电阻丝 D D、使电热器两端的电压增大一任意值、使电热器两端的电压增大一任意值解解析析：将将电电阻阻丝丝剪剪去去一一半半后后，其其额额定定功功率率减减小小一一半半，虽虽然然这这样样做做在在理理论论上上满满足足使使热热量量增增加加一一倍倍的的要要求求，但但由由于于电电压压不不变变，此此时时电电阻阻丝丝实实际际电电流流大大于额定电流，因此电阻丝将被烧坏。故只能选于额定电流，因此电阻丝将被烧坏。故只能选B B注意：考试题与生产、生活问题相结合是今后考注意：考试题与生产、生活问题相结合是今后考试题的出题方向。本题除了需要满足电流、电压试题的出题方向。本题除了需要满足电流、电压条件之外，还必须满足功率条件：不能超过用电条件之外，还必须满足功率条件：不能超过用电器的额定功率。器的额定功率。练练2 2、已知如图，已知如图，E E=6V=6V，r r=4=4，R R1 1=2=2，R R2 2的的变化范围是变化范围是0 01010。求：。求：、电源的最大输出功率；、电源的最大输出功率；、R R1 1上消耗的最大功率；上消耗的最大功率；、R R2 2上消耗的最大功率。上消耗的最大功率。、2.25W2.25W、2W2W、1.5W1.5W E r E rR R2 2R R1 1练练3 3、（0202全国理综）全国理综）在如图所示的电路中，在如图所示的电路中，R R1 1、R R2 2、R R3 3和和R R4 4皆为定值电阻，皆为定值电阻，R R5 5为可变电阻，电源的为可变电阻，电源的电动势为电动势为，内阻为，内阻为r r。设电流表。设电流表A A的读数为的读数为I I，电，电压表压表V V的读数为的读数为U U。当。当R R5 5的滑动触点向图中的滑动触点向图中a a端移动端移动时，时，A A、I I变大，变大，U U变小变小 B B、I I变大，变大，U U变大变大 C C、I I变小，变小，U U变大变大 D D、I I变小，变小，U U变小变小D D作作业业1 1：如如图图所所示示的的电电路路中中，电电源源的的电电动动势势E E=80=80 V V，内内电电阻阻r r=2=2，R R1 1=4=4，R R2 2为为滑滑动动变变阻器阻器.问：问：、R R2 2阻值为多大时，它消耗的功率最大？阻值为多大时，它消耗的功率最大？、如如果果电电源源内内阻阻损损耗耗功功率率不不超超过过总总功功率率的的20%20%，R R2 2应取多少？应取多少？、如如果果要要求求电电源源输输出出功功率率为为600 600 W W，外外电电路路电阻电阻R R2 2应取多少？此时电源效率为多少？应取多少？此时电源效率为多少？、该电路中、该电路中R R2 2取多大时，取多大时，R R1 1上功率最大？上功率最大？答案：（答案：（1 1）6 6 （2 2）R R2 24 4 （3 3）2 2 75%75%（4 4）2 2 作业作业2 2：如图所示直流电路中，电源电动势如图所示直流电路中，电源电动势E=6.0VE=6.0V，内阻，内阻r=1.0r=1.0，定值电阻，定值电阻R R1 1=2.0=2.0，R R2 2=5.0=5.0，滑动变阻器，滑动变阻器R3R3的总阻值为的总阻值为1515，求：，求：（1 1）调节）调节R R3 3过程中电流表示数的最小值过程中电流表示数的最小值（2 2）当电流表的示数最小时，滑动变阻器）当电流表的示数最小时，滑动变阻器R R3 3消耗消耗的电功率是多少？的电功率是多少？2 21 12 22 22 21 12 22 22 21 12 2SGH-B108SGH-B108能能量量转转化化角角度度看看，电电功功与与电电热热间间的的数数量量关关系系是是W WQ Q，即即UItUItI I2 2RtRt具具体体说说：（1 1）在在纯纯电电阻阻电电路路中中，如如有有白白炽炽灯灯、电电炉炉丝丝等等构构成成的的电电路路，由由于于服服从从欧欧姆姆定定律律，故故电电流流做做功功时时电电能能全全部部转转化化为为内内能能（电电热热），且且电电功功率率和和热热功功率率相相等等即即W WQ QPtPtI I2 2RtRtUIUIt=Ut=U2 2t/Rt/R，P PP P热热UIUII I2 2R RU U2 2/R/R (2)(2)在在非非纯纯电电阻阻电电路路中中，如如含含有有电电动动机机、电电解解槽槽等等的的电电路路，由由于于不不服服从从欧欧姆姆定定律律I I，而而存存在在U UIRIR，故故电电流流做做功功时时电电能能除除转转化化为为内内能能（电电热热）外外，还还要要转转化化为为其其他他形形式式的的能能，如如机机械械能能、化化学学能能等等因因而而，在在非非纯纯电电阻阻电电路路中中，电电功功大大于于电电热热，电电功功率率大大于于热热功功率率，在在计计算算电电功和电热时要用各自的定义式计算即功和电热时要用各自的定义式计算即W WUItUIt，P PUIUI，Q QI I2 2RtRt，P P热热I I2 2R R总总之之，从从能能量量的的转转化化与与守守恒恒可可以以看看出出，电电功功是是转转化化为为其其他他各各种种形形式式能能量量的的电电能能的的总总和和，而而电电热热仅仅是是转转化化为为内内能能的电能，可见二者不同的电能，可见二者不同、电功、电功定义：定义：定义式：定义式：单位：单位：适用条件：适用条件：实质：实质：电路中电场力对定向移动的电荷做的功电路中电场力对定向移动的电荷做的功J J，1 1度度=1kWh=3.610=1kWh=3.6106 6J JI I、U U不随时间变化不随时间变化恒定电流恒定电流能的转化和守恒定律在电路中的体现能的转化和守恒定律在电路中的体现、电热、电热焦耳定律：焦耳定律：表达式：表达式：电流通过导体产生的热量，跟电流强度电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体的电阻和通电时间成正比的平方、导体的电阻和通电时间成正比二、电热和热功率二、电热和热功率、电功率电功率定义：定义：定义式：定义式：意义：意义：单位时间内电流做的功单位时间内电流做的功一段电路上的功率，与一段电路上的功率，与U U、I I成正比成正比、热功率、热功率定义：定义：单位时间内导体的发热功率单位时间内导体的发热功率表达式：表达式：例例7 7、一台电动机在、一台电动机在3V3V电压下工作，通过它的电流电压下工作，通过它的电流是是0.2A0.2A，用此电动机提升重力，用此电动机提升重力4N4N的物体时，在的物体时，在30S30S内可使物体匀速提高内可使物体匀速提高3m3m，若不计电动机线圈发热，若不计电动机线圈发热之外的能量损失，求：之外的能量损失，求：1 1、电动机的输入功率、电动机的输入功率2 2、在提升重物的、在提升重物的30S30S内，电动机线圈产生的热量内，电动机线圈产生的热量3 3、线圈的电阻、线圈的电阻IU=mgv+IIU=mgv+I2 2R R0.6W,6J,50.6W,6J,5求电动机的线圈电阻求电动机的线圈电阻R R，必须先求出电流通过该线，必须先求出电流通过该线圈时产生的热量圈时产生的热量Q Q，而电流通过线圈产生的热量等，而电流通过线圈产生的热量等于电动机消耗的总电能减去电能转化成的机械能于电动机消耗的总电能减去电能转化成的机械能 例例4 4、一台电动机额定电压、一台电动机额定电压220220V V，线圈电阻，线圈电阻R R=0.5=0.5，正常工作时通过线圈的电流为，正常工作时通过线圈的电流为4A4A，正常，正常工作工作1010分钟，求：分钟，求：1 1、消耗的电能、消耗的电能2 2、产生的热量、产生的热量3 3、输出的机械能、输出的机械能 含有电动机的电路是含有电动机的电路是非非纯电阻电路，计算电纯电阻电路，计算电动机消耗的电能只能用基本公式动机消耗的电能只能用基本公式W=W=UItUIt ，电动机消，电动机消耗的电能大部分转化为机械能，但因电动机线圈耗的电能大部分转化为机械能，但因电动机线圈有一定的电阻，电流通过线圈时，有一部分电能有一定的电阻，电流通过线圈时，有一部分电能转化为内能，电动机线圈发热所消耗的电能也只转化为内能，电动机线圈发热所消耗的电能也只能用基本公式能用基本公式Q=Q=I I2 2Rt Rt 来计算。来计算。