【文档说明】【精准解析】高中物理粤教版选修3-1教师用书：第2章第5节　电功率含解析.docx，共(14)页，519.354 KB，由envi的店铺上传

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第五节电功率[学习目标]1.理解电功、电功率的概念并能进行相关的计算．(重点)2.知道焦耳定律，知道电功率与热功率的区别和联系．(重点)3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的区别，会结合实际问题区分电功和电热．(重点、难点)4.理解闭合电路的各种功率及相关运算．(重点)一

、电功和电功率1．电功(1)定义：电流通过导体时，电流所做的功．(2)实质：导体中电场力对自由电荷做的功．(3)公式：W＝UIt，单位：焦耳，符号：J．2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功．(2)公式：P＝Wt＝UI，单位：瓦特，符

号：W．二、焦耳定律和热功率1．焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比．(2)公式：Q＝I2Rt．2．热功率：单位时间内的发热量，P＝I2R．三、闭合电路中的功率闭合电路的功率电源的功率电

源的输出功率电源的内耗功率公式P＝EIP出＝UIP内＝I2r意义电源提供电能的功率外电路消耗电能的功率内电路消耗电能的功率关系P＝P出＋P内1．正误判断(1)电流通过导体做的功越多，电功率越大．(×)(2)电炉、电烙铁、电热毯、电饭锅等用电器，由于电流通过时

，电能全部转化为内能，故为纯电阻．(√)(3)电动机、电解槽等用电器，电流通过时电能除转化为内能外，还转化为其他形式的能，故为非纯电阻．(√)(4)不论纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算焦耳热时仍可用P热＝UI.(×)(5)不论何种电路，计算电功

时均可用W＝UIt.(√)2．关于电功和电热的计算，下列说法正确的是()A．如果是纯电阻电路，电功可用公式W＝UIt计算，也可用公式W＝I2Rt计算B．如果是纯电阻电路，电热可用公式W＝I2Rt计算，但不能用公式W＝UIt计算C．如果不是纯电阻电路，电功只能用公式W＝I2

Rt计算D．如果不是纯电阻电路，电热可用公式W＝I2Rt计算，也可用公式W＝UIt计算A[纯电阻电路，根据能量守恒，电功和电热相等，电功可用公式W＝UIt计算，也可用公式W＝I2Rt计算，故A正确，B错误；非纯电阻电路，电功用公式W＝UIt计算，故C错误；非纯电阻电路，电热用公式W＝I2

Rt计算，故D错误．]3．室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器．如果进户线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不能同时使用的是()A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器C．电饭煲和空调器D．电冰箱、

电视机和空调器C[电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2860W．用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故选C.]电功、电功率的理解和计算1．对电功的理解(1)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)从能的角度看，电流做功过程是电

能转化为其他形式的能的过程，电功的大小表示电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少．(3)电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用．2．串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配P1P2＝R1R2P1P2＝R2R1功率关系P＝P1＋P2＋…＋PnP＝P1＋P2＋…＋Pn3.

额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率．当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额．(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率．为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率．

【例1】额定电压都是110V，额定功率P甲＝100W，P乙＝40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是()思路点拨：哪些电路能使甲、乙灯正常发光⇒哪个电路变阻器消耗能量少⇒哪个电路消耗能量最少

C[对灯泡有P＝UI＝U2R，可知：R甲<R乙，对于A电路，由于R甲<R乙，所以U乙>U甲，且有U乙>110V，乙灯被烧毁，U甲<110V不能正常发光，A错误．对于B电路，由于R乙>R甲，甲灯又并联变阻器，并联电阻更小于R乙，所以U乙>U并，乙灯被烧毁．对于C电

路，乙灯与变阻器并联，电阻可能等于R甲，所以可能U甲＝U乙＝110V，两灯可以正常发光．对于D电路，若变阻器的有效电阻等于甲、乙的并联电阻，则U甲＝U乙＝110V，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(I甲－I乙)×110，而D电路中变阻器功率为

(I甲＋I乙)×110，所以C电路消耗电功率最小．][跟进训练]1．三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10W，现将其中的两只灯泡串联起来，再与第三只灯泡并联在电路中，如图所示，则整个电路允许消耗的最大功率

为()A．30WB．20WC．15WD．10WC[若灯泡1和灯泡2都达到额定功率时，并联部分的电压等于2U额，灯泡3两端的电压超过额定电压，容易烧坏，所以整个电路消耗的功率最大时，应是灯泡3达到最大功率，即P3＝U额I额＝10W．此时并联部

分电压为额定电压U额，灯泡1和灯泡2的电压都为12U额，电流都为12I额，所以P1＝P2＝12U额·12I额＝2.5W，总功率为P＝P1＋P2＋P3＝15W，故C正确．]电功与电热的比较1．纯电阻电路和非纯电阻电路(1)常用的电灯泡、电炉子等为纯电阻电路．电动机、电解槽等为非纯电阻电路．

(2)纯电阻电路服从欧姆定律，而非纯电阻电路不完全服从欧姆定律．(3)纯电阻电路电流做功时，电能全部转化为电热．而非纯电阻电路，电流做功将电能一部分转化为电热，一部分转化为机械能或其他形式的能．2．电功与电热纯电阻电路非纯电阻电路电功W＝UIt＝I2Rt＝U2RtW＝UIt电热Q＝U

It＝I2Rt＝U2RtQ＝I2Rt关系W＝QW>Q3.电功率与热功率纯电阻电路非纯电阻电路电功率P电＝UI＝I2R＝U2RP电＝UI热功率P热＝UI＝I2R＝U2RP热＝I2R关系P电＝P热P电>P热【例2】规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为4

0Ω，求：(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的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．思路点拨：(1)额定电压下，电流可据I＝PU求出．(2)机械功率可通过P机＝P

电－P热求出．(3)电动机不工作时，220V电压全加在40Ω电阻上，电动机此时即为“电阻”．[解析](1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为：I＝PU＝36220A≈0.16A，发热功率为：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，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I′＝UR＝22040A＝5.5A，电动机消耗的功率即发热功率：P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5W＝121

0W.[答案](1)35W1W(2)1210W1210W电功、电热的计算方法(1)判断电路中的用电器是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器．(2)分析各用电器之间的连接方式，对纯电阻电路，计算时可以利用串联电路的分压特点或并联电

路的分流特点．(3)由所求问题选取合适的公式，在非纯电阻电路中计算电功只能用W＝UIt，计算电热只能用Q＝I2Rt.欧姆定律的变形式在纯电阻电路中才能通用．(4)对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻用电器，电

动机不转动时是纯电阻用电器．[跟进训练]训练角度1.含电动机的电路中的功率问题2．如图所示的电路中，输入电压U恒为12V，灯泡L标有“6V，12W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.5Ω，若灯泡恰能正常发光，则下列说法中正确

的是()A．电动机的总功率是72WB．电动机的热功率是1WC．电动机的输出功率是10WD．整个电路消耗的电功率是22WC[电动机两端的电压为U1＝U－UL＝(12－6)V＝6V，整个电路中的电流为I＝PU＝2A，所以电动机消耗功率为P＝U1I＝6×2W＝12W，故A错误；电动机的热功

率为P热＝I2RM＝22×0.5W＝2W，故B错误；电动机的输出功率为P出＝P－P热＝(12－2)W＝10W，故C正确；整个电路消耗的功率为P总＝UI＝12×2W＝24W，故D错误．]训练角度2.给电池充电电路中的功率问题3．锂电池能量密度高、绿色环保．现用充电宝为一

手机锂电池(图甲)充电，等效电路如图乙所示，充电宝的输出电压为U，输出电流为I，该锂电池的内阻为r，则()甲乙A．充电宝输出的电功率为UI＋I2rB．电能转化为化学能的功率为UIC．锂电池产生的热功率为I2rD．锂电池产生的热功率为U2rC[充电宝输出的电功率为P＝UI，故A错误；锂电池产生

的热功率为Pr＝I2r，故电能转化为化学能的功率为P′＝UI－I2r，故B错误，C正确，D错误．]电源的功率和效率1．电源的输出功率P出＝UI＝I2R＝E2（r＋R）2R＝E2R（R－r）2＋4Rr＝

E2（R－r）2R＋4r，由此式可看出，当R＝r时，P出有最大值，即Pm＝E24R＝E24r.2．讨论如图所示．(1)当R＝r时，输出功率最大，P出＝E24r.(2)当R<r时，若R增大，P出增大；当R>r时，若R增大，则P出减小．(3)除R＝r外，图象上总有两点输

出功率P出相等，如图中R1与R2，则由(ER1＋r)2×R1＝(ER2＋r)2×R2整理得：R1R2＝r2.3．电源的效率(1)定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即η＝UIEI＝UE.(2)如果外电路为纯电阻电路，则η＝UE

＝IRI（R＋r）＝RR＋r＝11＋rR，所以外电路电阻越大，电源效率越高．(3)当电源输出功率最大时，R＝r，η＝50%.【例3】如图所示电路中，电池的电动势E＝5V，内电阻r＝10Ω，固定电阻R＝90Ω，R0是可变电阻．在R0由0增加到400Ω的过程中，求：

(1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率．(2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和．[解析](1)可变电阻R0上消耗的热功率P1＝I2R0＝(ER＋R0＋r)2R0＝25R0（R0＋100）2＝25（R0－100）2R0

＋400由上式可得：当R0＝100Ω时，P1有最大值Pmax＝25400W＝116W.(2)r和R上消耗的热功率之和P2＝I2(R＋r)＝25（R0＋100）2×100由上式可知，R0最大时，P2最小，即当R0＝400Ω时，P2有最小值P2min＝25（400＋100）2×

100W＝0.01W．[答案](1)R0＝100Ω116W(2)0.01W[一题多变]在例3中R0由0增大到400Ω的过程中，电源输出功率的最大值为多少？此时电源的效率是多大？[解析]因R0＋R>r，所

以当R0增大时，电源的输出功率减小，当R0＝0时，电源的输出功率最大，P输出最大＝Er＋R2·R＝0.225W.此时电源的效率η＝Rr＋R＝90%.[答案]0.225W90%有关闭合电路中功率问题的三点提醒(1)电源输出功

率越大，效率不一定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%.(2)判断可变电阻功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻．(3)当P输出<Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1、R2，且R1·R2＝r2.[跟进训练]4．将

一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示，下列说法正确的是()A．电源最大输出功率可能大于45WB．电源的内阻为5ΩC．电源的电动势为45VD．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%B[由图可知，电源的输出

功率最大为45W，故A错误；当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，由图可知，电源的内阻为5Ω，故B正确；由Pmax＝E24r可知，E＝30V，故C错误；根据效率公式可得η＝RR＋r×100%，最大功率时内外电阻相等，所以效率为50%，故

D错误．][物理观念]电功电功率电热热功率纯电阻电路和非纯电阻电路[科学思维]1.电功与电热、电功率与热功率的区别和联系及有关的计算．2．公式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q＝U2tR(P＝U2R)的适用条件．3．非

纯电阻电路中的能量转化关系．1．(多选)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B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝U2Rt只适用于纯电阻电路C．在非纯电阻电路中，U

I>I2RD．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路BCD[电功率公式P＝Wt，表示电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝PU，焦耳热Q＝(PU)2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而

I＝UR只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，故UI>I2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确．]2．把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时

间之比t串∶t并为()A．1∶1B．2∶1C．4∶1D．1∶4C[设每根电热丝电阻为R，则R串＝2R，R并＝R2.由Q＝W＝U2Rt得t串∶t并＝4∶1.]3．(多选)如图所示，直线A为电源的U-I图线，直线B、C分别为

电阻R1、R2的U-I图线．利用该电源分别与R1、R2组成闭合电路时，电源的输出功率分别为P1、P2，电源的效率分别为η1、η2，则()A．P1>P2B．P1＝P2C．η1>η2D．η1<η2BC[两图线的交点表示把电阻接入电源的工作电流和外电压．有，P1＝U1I1＝4×2W＝8W

P2＝U2I2＝2×4W＝8Wη1＝P1I1E×100%＝82×6×100%≈67%η2＝P2I2E×100%＝84×6×100%≈33%.]4．有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；把它接入2V

电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A.(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？[解析](1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知

电动机线圈的内阻r＝U0I0＝0.20.4Ω＝0.5Ω.(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2×1W＝2W线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5W＝0.5W则电动机正常工作时的输出功率P出＝P总－P热＝2W－0.5W＝1.5W.

(3)电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率P＝U2r＝220.5W＝8W.[答案](1)0.5Ω(2)1.5W(3)8W