12.1 电路中的能量转化
关键能力·素养形成
一 电功和电功率
1.电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功,静电力对电荷做功的过程,就是电荷的电势能转化为其他形式的能的过程。 2.电功的计算公式:W=UIt=Pt
3.电功的单位:在国际单位制中电功的单位是焦耳,常用的单位是度,1度=1千瓦时=3.6×106焦耳。 4.额定功率和实际功率:
额定功率:用电器在额定电压下工作的功率。 实际功率:用电器在实际电压下工作的功率。 【思考·讨论】
千瓦时是电功的单位还是电功率的单位?电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功?
(物理观念)
提示:在公式W=Pt中如果电功率的单位是千瓦,时间的单位是小时,则电功的单位是千瓦时,电能表是测量电路中消耗电能的仪器,是计量电路中消耗的电功。 【典例示范】
A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时,各自消耗的实际功率相同,则RA∶RB∶RC为
( )
A.1∶1∶1 C.2∶1∶1 【解题探究】
(1)A、B、C三个灯泡是怎样连接的? 提示:B、C两个灯泡并联后与灯泡A串联。 (2)通过A、B、C三个灯泡的电流有什么关系?
提示:B、C两个灯泡并联,两端的电压相同,即UB=UC,根据题意可知灯泡的实际功率相同,则B、C两灯泡的电阻相同,则通过A的电流是通过B或C电流的2倍,即IA=2IB=2IC。
(3)实际功率的计算公式有哪些?
提示:例题中A、B、C三个灯泡为电阻元件,根据P=UI,结合I=可得P=
和P=I2R。
B.1∶2∶2 D.1∶4∶4
【解析】选D。B、C两个灯泡并联,UB=UC,B、C两个灯泡消耗的实际功率相同,则由P=
,得RB=RC,IA=2IB=2IC,则由P=I2R,得RA∶RB∶RC =1∶4∶4,故选D。
【规律方法】电功率与电阻的关系
(1)在串联电路中电流处处相同,由P=I2R可知,电功率与电阻成正比。 (2)在并联电路中电路两端的电压相同,由P=【母题追问】
可知电功率与电阻成反比。
1.在【典例示范】中如果A、B、C为相同规格的灯泡,则A、B、C实际消耗的功率之比为 ( ) A.1∶1∶1 C.2∶1∶1
B.4∶1∶1 D.1∶4∶4
【解析】选B。A、B、C三个灯泡规格相同,电阻相同,B、C两个灯泡并联,UB=UC,B、C两个灯泡消耗的实际功率相同,通过A的电流是通过B和C电流之和,即IA=2IB=2IC。则PA∶PB∶PC =4∶1∶1,故选B。
2.(多选)如图所示的电路中,L1、L2是两个不同的小灯泡,a、b间有恒定的电压,它们都正常发光,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,发生的现象是( )
A.L1亮度不变,L2变暗 B.L1变暗,L2变亮 C.电路消耗的总功率变小 D.流过滑动变阻器的电流变小
【解析】选B、C、D。 变阻器滑片向右滑动时阻值增大,并联部分的电阻变大,分得电压变大,所以L2两端电压增大,L2变亮,L1分得电压变小,L1变暗,A错,B对;因为滑动变阻器电阻变大,总电阻变大,由P=
可知,U一定时,P减小,即电路总
功率减小,C对;又因为总电阻增大,总电流减小,而L2电压变大,电流变大,所以流过变阻器的电流减小,D正确。 【补偿训练】
1.(多选)计算居民用电量时,常用的单位是“度”,对此,下列说法中正确的 是 ( ) A.1度等于3.6×103 kW·h B.1度等于3.6×106 J C.“度”是电功率的单位 D.“度”是电功的单位
【解析】选B、D。度是电功的单位,1度=1 kW·h=3.6×106 J,故选B、D。 2.改革开放以来,人们的生活水平和生活质量有了较大的改善,电冰箱、空调、电视机等家用电器得到了普遍使用。根据图中铭牌上提供的信息,判断在12小时内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是( )
A.电冰箱比电风扇消耗电能多 B.电风扇比电冰箱消耗电能多 C.电风扇与电冰箱消耗电能一样多
D.电冰箱比电风扇消耗电能可能多,也可能少
【解析】选B。依据电冰箱铭牌可知,电冰箱在12 h内消耗电能0.25 kW·h,而电风扇在12 h内消耗电能W=Pt=0.78 kW·h,B项正确。
二 焦耳定律与热功率
1.电流通过电热水器时电流所做的功全部转化为导体的内能时。Q=W=UIt=I2Rt 2.电流通过电热水器时电流的电功率就是电流的发热功率。 P热===I2R 【思考·讨论】
(1)如图所示是电烙铁和电熨斗,为什么这些用电器通电后会发热呢? 思维)
(科学
提示:在金属导体中,在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞,把定向移动的动能传给离子,使离子热运动加剧,将电能完全转化为内能。 (2)电烙铁通电后,电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化,而与电烙铁相连的导线却不怎么热,为什么? (科学思维)
提示:电流通过导体时产生的热量 Q 等于电流I的二次方、导体的电阻 R 和通电时间t三者的乘积,因为烙铁头的电阻大,在通电电流和通电时间相同时,烙铁头产生的热量多,导线的电阻很小,产生的热量少,所以烙铁头的温度高于导线的温度。 【典例示范】
电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同。如图所示为某种电热式电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。当自动开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么工作状态?
(新教材)【人教版】20版必修三关键能力·素养形成·分层设计 12.1电路中的能量转化
