高中物理 第二章 电路 第五节 电功率

高中物理 第二章 电路 第五节 电功率

第五节　电功率 ‎ 问题探究 用电器通电后，可将电能转化为其他形式的能量.请你列举生活中常用的用电器，并说明其能量转化情况. 答案：电灯把电能转化成内能和光能，电动机把电能转化为机械能，电磁炉将电能转化为内能. 自学导引 ‎1.电功是指____________通过一段电路时,自由电荷在____________的作用下做____________时,电场力对自由电荷做的功,电功的计算公式是____________. 答案:电流　电场力　定向移动　W=UIt ‎2.单位时间内电流所做的功叫____________,电功率的计算公式是____________. 答案:电功率　P=UI　 ‎3.电场力对电荷做功的过程是电能转化为_________________的过程,在一段只有电阻元件的_________________中,电能将转化为热量,热量的计算公式是_________________,这就是_________________.与电阻发热对应的功率叫_____________,其计算公式是____________. 答案:其他形式的能　纯电阻电路Q=I2Rt　焦耳定律　热功率　P=I2R ‎4.在一般的用电器工作的电路中,用电器实际消耗的功率不能用公式____________计算,而应该用公式____________计算,这是因为一般用电器不一定是____________,它的主要功能也并非将电能转化为____________. 答案:P=I2R　P=UI　纯电阻元件　热能 ‎5.在包含电源在内的闭合电路中,电源工作时,电路中消耗的总功率是____________,它表明,电源提供的能量一部分消耗在____________,转化为其他形式的能,另一部分消耗在____________,转化为内能. 答案:EI=U外I+U内I　外电路上　内电路上 疑难剖析 电功和电功率的计算 ‎【例1】 关于计算电功率的三个公式P=UI,P=I2R,P=U2/R的适用范围,以下说法中正确的是( 　) A.这三个公式的适用范围相同 B.第一个公式普遍适用,后两个公式只适用于纯电阻电路 C.第一个公式只适用于纯电阻电路,后两个公式普遍适用 D.三个公式的适用范围与电路的连接方式无关 分析：三个计算电功率的公式中,P=UI是普遍适用的,在任何电路中,均可以用该公式计算电功率,而P=I2R和P=U2/R只适用于纯电阻电路.另外,电路的连接方式并不影响电路中用电器的性质,选项BD正确. 答案：BD 温馨提示:弄清电功率计算公式的物理意义是判断的关键,明确三个公式的相互联系是确定答案的基础. 电功率和热功率的计算 ‎【例2】 一接在220 V电压的电路中正常工作的电风扇，通过风扇电动机的电流为‎0.5 A，测得风扇电动机线圈电阻为5 Ω.求： ‎（1）电风扇的输入功率； ‎（2）电风扇每分钟消耗的电能； ‎（3）电动机工作时，因导线发热损失的功率； ‎（4）它的最大输出功率. 解析：电风扇工作时将电能大部分转化为机械能，同时由于导线发热转化为热能. ‎（1）电风扇的输入功率P输入=UI=220×0.5 W=110 W. ‎（2）电风扇每分钟消耗的电能E电=W=UIt=110×60 J=6.6×103 J. ‎（3）发热功率P热=I2r=0.52×5 W=1.25 W. ‎（4）最大输出功率P输出=P电功-P热=110 W-1.25 W=108.75 W. 温馨提示：这是一道含电动机的题目，属于非纯电阻电路，电功率、热功率、输出功率的数值不等，要注意它们的算法的区别.P电功>P热，P电功>P输出. 闭合电路中有关功率的计算 ‎【例3】 如图‎2-5-1‎所示，R1=8 Ω，电源的电动势E=8 V，内阻r=2 Ω.R2为变阻器.问：‎ 图‎2-5-1‎ ‎（1）要使变阻器获得的电功率最大，R2的值应是多大？这时R2的功率是多大？ ‎（2）要使R1得到最大的电功率，R2的取值是多大？R1的最大功率是多大？这时电源的效率为多少？ ‎（3）调节R2的阻值，能否使电源有最大的功率E2/4r输出？为什么？ 解析:（1）变阻器阻值R2=R1+r=10 Ω时，获得最大电功率. ‎(2)当R2=0时，通过R1的电流最大，R1得到最大电功率.这时电源的效率. ‎(3)不能.因为即使R2=0，外电路电阻R1也大于r,所以电源不可能有E2/4r的功率输出.在本题中，当R2=0时电源的输出功率即为能输出的最大功率. 答案:（1）10 Ω　1.6 W　(2)0　5.12 W　80%　(3)不能　理由略 温馨提示：①电源的输出功率 ‎.当R=r时，P出有最大值. ‎②讨论R2的功率时，可将R1看作内阻.　　‎ 用电器最佳连接方式 ‎【例4】 额定电压都是110 V，额定功率Pa=100 W，Pb=40 W的A、B两灯，接在220 V的电路中，使电灯均正常发光.R是变阻器，能使电路消耗的电功率最小的电路是图‎2-5-2‎中的（　　） 图‎2-5-2‎ 解析：由R=U2/P可知Ra110 V，两灯不能正常工作，所以A错.B图中A和变阻器并联后的电阻比A的电阻还要小，即仍有Ua<110 V.Ub=110 V,所以B错.C和D图中两灯电压均有可能为110 V，此时再看电路消耗的功率，C图中灯A消耗功率100 W，灯B和变阻器并联后的阻值与灯A相等，所以电路消耗的总功率为200 W，D图中A、B两灯并联后的阻值与变阻器相等，所以变阻器消耗的功率为140 W，电阻消耗的总功率为280 W.答案为C. 温馨提示：具体算出正常工作的电路消耗的实际功率进行比较. 拓展迁移 电子节能灯 目前市场上有一种电子节能灯,人们常常为选择哪一种灯更好而举棋不定. 下表为电子节能灯与白炽灯相比较的一组数据,你将作出怎样的选择? 功率(W)‎ 光通(lm)‎ 光效(lm)‎ 寿命(h)‎ 售价(元/只)‎ 每度电费(元)‎ 白炽灯 ‎60‎ ‎550‎ ‎9.16‎ ‎1 000‎ ‎1.5‎ ‎0.61‎ 节能灯 ‎11‎ ‎550‎ ‎50‎ ‎5 000‎ ‎30‎ ‎0.61‎ 表中的功率是指用电器的额定功率;光通是指单位面积通过的光能;光效是指光通和功率的比值,根据上表可联系哪些物理知识,并作出你的选择. 答案:比较耗电费用、寿命、售价,可选择节能灯.