電能【教學(xué)結(jié)構(gòu)】一、電功電功、電功率、電熱是本章書(shū)的重要概念，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，教學(xué)過(guò)程中必須給以足夠的重視。q1.復(fù)習(xí)電場(chǎng)力做功：W=Uq，U 為電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)差，在電路中即為導(dǎo)體兩端電壓，為電量，電路中為流過(guò)導(dǎo)體截面電量。2.電功：電流做的功簡(jiǎn)稱(chēng)電功。導(dǎo)體兩端加上電壓，導(dǎo)體內(nèi)建立電場(chǎng)，在電場(chǎng)力作用下自由電子定向移動(dòng)，形成電流，電場(chǎng)力做功，又說(shuō)成電流做功。W=UIt，電流在一段電路上所做的功，跟這段電路兩端電壓、電路中的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比。3.電流做功，把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能(1)電流通過(guò)純電阻（電燈，電爐子等）電路做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(2)電流通過(guò)電解液做功，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。(3)電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功，把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。二、電功率1.定義：電流所做的功跟完成這些功所用時(shí)間的比值叫電功率，用p 表示電功率則，p 的單位：瓦特 W，U：伏特 VI：安培 A。2.物理意義：電功率表示電流做功的快慢，亦為單位時(shí)間電流做的功。燈越亮電功率越大。3.額定電壓：用電器安全正常工作的最大電壓。日常照明燈泡額定電均為 220V，機(jī)床上用的燈泡額定電壓為 36V。額定功率：用電器安全正常工作的最大功率。照明燈泡上標(biāo)有220V 60W，60W 即為額定電功率。額定電功率是根據(jù)用電器自身結(jié)構(gòu)而決定的。4.注意區(qū)別額定功率和實(shí)際功率。實(shí)驗(yàn)：把“220V 30W”和“220V 100W”的燈泡并聯(lián)在 220V 電路上和串聯(lián)后接入 220V電路上，觀察燈泡發(fā)光情況，并接在 220V 電路上時(shí)，兩個(gè)燈的電壓都是額定電壓，電功率均為額定功率，100W 的燈比 30W 的燈亮很多，串聯(lián)后接在 220V 電路上，觀察到的現(xiàn)象是兩個(gè)燈都不如并聯(lián)時(shí)亮，且 30W 燈比 100W 燈亮，由此可知：兩個(gè)燈的電功率都不是額定功率，都小于額定功率，應(yīng)稱(chēng)為實(shí)際消耗功率，額定功率大的燈實(shí)際消耗功率不一定大，應(yīng)由燈兩端實(shí)際電壓和流過(guò)燈的實(shí)際電流決定。三、焦耳定律1.定義：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比即：Q=I2Rt單位：Q：焦耳 JI：安培 AR：歐姆 t 秒 s2.純電阻電路 電路中只含有純電阻元件，電動(dòng) W=UIt=QU 2U=IRQ=I2Rt= Rt，注意：此關(guān)系只適用純電阻電路。電流通過(guò)純電阻電路做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而產(chǎn)生熱量，電功又稱(chēng)為電熱。3.含有電動(dòng)機(jī)的電路，不是純電阻電路。電功 W=UIt電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功，把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈有電阻 R，電流通過(guò)而產(chǎn)生熱，Q=I2Rt 不等于 UIt，而只是 UIt 的一部分。原因是對(duì)于非純電阻 UIR 且 U>IR。轉(zhuǎn)化為機(jī)械能部分：UItI2Rt=轉(zhuǎn)化的機(jī)械能 即電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能。I實(shí)際需要更多的是：發(fā)熱功率： 2R轉(zhuǎn)化為機(jī)械能功率 UII2R，目前是我們計(jì)算電動(dòng)輸出機(jī)械功率的唯一方法。4.含有電解液的電路：電流做功把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電流做功可把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、機(jī)械能、化學(xué)能等，只有把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電功叫電熱，轉(zhuǎn)化其它形式能均不能稱(chēng)為電熱。【課余思考】1.寫(xiě)出在純電阻電路中計(jì)算電功、電功率的公式。寫(xiě)出發(fā)熱功率公式。2.焦耳定律計(jì)算的 Q，就是電功對(duì)嗎？為什么？3.電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功、機(jī)械功率如何計(jì)算？【解題點(diǎn)要】例一.一條電阻絲加上電壓 U 后，經(jīng) t s 后放出熱量為 Q，若得電阻絲截成等長(zhǎng)的三段并且關(guān)聯(lián)在一起，再加上電壓 U，需經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間放出熱量仍為 Q？解：電阻絲是純電阻，計(jì)算熱量三個(gè)公式都適用，結(jié)合題目給定的條件，電壓不變，使U 2t用，Q= R，計(jì)算方便。U 2設(shè)電阻絲電阻為 R，Q= R1t                                        R，截成等三段，每段電阻為 3 R，并聯(lián)后電阻為 9 ，則Q= R 9U 2U 2t ' =tRt ' = t 9。例二.用 6600V 和用 220V 兩種電壓輸電，若輸送功率相同，輸電線(xiàn)的長(zhǎng)短，粗細(xì)和電阻率都相同，用低壓輸電與用高壓輸電，在輸電線(xiàn)上損失的功率之比是（）A1：900B900：1C1：30D30：1解：輸電線(xiàn)是純電阻，在輸電線(xiàn)上損失的功率是發(fā)熱功率，P 損=I2R輸送電流強(qiáng)度由輸送功率和輸送電壓決定，設(shè)輸送功率為 P，高壓輸電時(shí)電流為I高=P6600，低壓輸電時(shí)電流為 I 低=P220，由于輸送電線(xiàn)長(zhǎng)短，粗細(xì)和電阻率都相同，它們輸電阻相同，都為 R，則I 2  R  ( p 220) 2 R66002  900=      =pp低高=高低I 2 R  ( p 6600) 2 R  2202 1應(yīng)選 B解答本題時(shí)必須注意輸送電流 I ¹UR ，輸送電壓 U 應(yīng)是輸電線(xiàn)上電壓與用電器上電壓之和，故此輸送電流的正確計(jì)算成為解答此種類(lèi)型題的關(guān)鍵之一。例三.A、B、C 三個(gè)電阻的 UI 圖象如圖 1 所示，若三個(gè)電阻加相同電壓，則的功率最大，若三個(gè)電阻通過(guò)相同的電流強(qiáng)度，則的功率最大。P=解：第一空的解答：對(duì)于純電阻，U 2R ，可在電壓一定的情況下，電功率跟電阻成反比，電阻最小的電功率最大，而電阻的確定要依據(jù)圖象決定，斜率最小的圖象所表示的電阻越小，所以 RA>RB>RC，電阻 C 的電功率最大。第二個(gè)空的解答：P=I2R，三個(gè)電阻通過(guò)電流相等，電功率與電阻成正比，電阻大，功率大，電阻 A 的電功率最大。例四.一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為 U，額定功率是 P，電動(dòng)機(jī)內(nèi)電樞導(dǎo)線(xiàn)的電阻為 R，那么它正常工作時(shí)的電流強(qiáng)度是（）RURUA、等于 U B、等于 P C、大于 U D、大于 P解：含電動(dòng)機(jī)電路不是純電阻電路，U>IR，所以 A，C 選項(xiàng)不正確，電動(dòng)機(jī)的額定功P '率 P 是電動(dòng)機(jī)的輸出的機(jī)械功率，而電路給電動(dòng)機(jī)的輸入功率 P=IU，所以 I= U ，選項(xiàng) BP '不正確。因?yàn)?#160;PP 熱=P，且 I= U ，所以選項(xiàng) D 是正確的。在含電動(dòng)機(jī)的電路中，電路給電動(dòng)機(jī)輸入功率 P，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率 P，電動(dòng)機(jī)的P發(fā)熱功率 P 熱是三個(gè)關(guān)鍵，概念，必須搞清楚， =IU，P 熱=I2R，它們之間的關(guān)系是 P=PI2R。例五.一臺(tái)電阻為 2的電動(dòng)機(jī)，接在 110V 電路中工作時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流強(qiáng)度為 10A，求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率，發(fā)熱功率，轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率，電動(dòng)機(jī)的效率。解：電動(dòng)機(jī)消耗電功率即電路輸入給電動(dòng)機(jī)的功率 P=IU=10×110=1100W。發(fā)熱功率：P 熱=I2R=102×2=200W轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率：P=PP 熱=1100200=900WP900´ 100% =´ 100% = 82%機(jī)械效率：= P'1100【同步練習(xí)】1.一臺(tái)電動(dòng)機(jī)輸出功率是 10KW，這表明這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)（）A.每秒鐘消耗電能 10KWB.每秒鐘對(duì)外做功 10KWC.每秒鐘對(duì)外做功 10JD.每秒鐘對(duì)外做功 1000J2.額定電壓為 U，額定功率為 P 的電燈，接在電壓為 U（U<U，不計(jì)溫度對(duì)電阻的P UUU )影響）的電路中，則該電燈的實(shí)際功率 P 應(yīng)為（）A.U B.UP C.(UU)2PD.(U 2P3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)掃過(guò)的面積為 S，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速為 ，如果該發(fā)電機(jī)把通過(guò)風(fēng)輪的風(fēng)的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，設(shè)風(fēng)能的利用率為，空氣的密度為p，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為（）S3  2S2S2S4A.p   B.p 2 C.p 3 D.p 2s4.一只“220V 100W”電燈，220V、100W 分別表示電壓和電功率的值，它的電阻為，正常工作時(shí)的電流強(qiáng)度為A，若電阻不變接入 110V 的電路中，則實(shí)際電流為A，實(shí)際功率為W，一般只要該燈泡未損壞，它的額定電壓，電流，功率是（填會(huì)或不會(huì)）改變。5.如圖 2 所示為用直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，重物m=50kg，電源電壓為 U=110V 不變，不計(jì)各種摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以=0.9m的恒定速度向上提升重物時(shí)，電路中的電流強(qiáng)度 I=5A，試求電動(dòng)機(jī)電樞線(xiàn)圈電阻 R?！緟⒖即鸢浮?.D2.C3.A4. 額定4840.450.22725不會(huì)5.4.4