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文檔簡介
1、九上第三章 能量的轉化與守恒【第1學時】第1節 能量的相互轉化一、能量的轉化與轉移1、多種形式的能量:機械能(動能和勢能)、勢能(彈性勢能和重力勢能)、內能、化學能、電能、光能、太陽能、核能【能量是多種形式存在的,但要注意一個物體可以同時具有多種形式的能】(1)機械能:存在于運動的物體(動能)或具有一定高度的物體(重力勢能)或發生彈性形變的物體(彈性勢能)中;(2)內能:物體內部分子動能和分子勢能的總和;任何物體都具有內能,又叫熱能;(3)光能:能發光的物體具有的能量,太陽能屬于光能;2、能量的轉化與轉移(1)能量的轉化:從一種形式轉化為另一種形式的能;分析某過程中能量轉化的步驟: 明確研究對
2、象和所要研究的過程; 物體在起始位置所具有的能量的形式; 物體在最終位置所具有的能量的形式;(2)能量的轉移:從一個物體轉移到另一個物體;(3)能量可以從一個物體轉移到另一個物體,也可以從一種形式轉化為另一種形式;(4)要獲得一種能量必須以消耗另一種能量為代價,所謂“消耗能量”、“利用能量”或者“獲得能量”,實質上就是能量相互轉化或轉移的過程;【第2學時】第2節 能量轉化的量度一、功1、做功的兩個必要因素:缺一不可(同時性、同向性、同體性)(1)作用在物體上的力;(2)物體在力的方向上通過的距離;2、力對物體沒有做功的三種情況: “有勞無功”(1)沒有力,但有距離: “無勞無功”如:物體沒有受
3、到力的作用,但因為慣性通過一段距離,也就沒有什么力做功;(2)有力的作用,但沒有距離的移動:也就在力的方向上沒有通過距離,力對物體不做功; “有勞無功”如:一個靜止的汽車,一個人用了很大的力推他,但不動,因此推力對汽車沒有做功;(3)物體受到力的作用,也運動了一段距離,但在力的方向上沒有距離的移動,這個力對物體沒有做功; “勞動無功”如:手提著水桶在水平面上運動了一段距離,水桶雖然受到提力的作用,但是由于力的方向始終豎直向上,且移動的是水平距離,不在同一方向上,故而提力對水桶沒有做功;3、做功的表示說法:力對受力物體做功、施力物體對受力物體做功、施力物體做功、力做功;二、功的計算1、計算公式:
4、功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積; W=Fs (F的單位是牛N,s的單位是米m,功W的單位是焦J)【明確】 要明確是哪個力對哪個物體做功,或者是哪個施力物體對哪個受力物體做功; 公式中的F是作用在物體上的力,公式中的s是物體在力F作用下通過的距離;“在力方向上通過的距離”要引起重視; W=Fs中的F是使物體沿著F方向移動s距離過程中始終作用在物體上的力,其大小和方向是不變的;2、功的單位:焦耳,簡稱“焦”1J=1N·m3、把一只雞蛋舉高2m所做的功大約是1J;4、【思維逆向】將舉高物體時F所做的功可以視為:克服阻力(重力)G做的功,即W=Gh;5、物體具有做功的本領,是因為
5、它具有能;做功的過程實質上就是能量轉化的過程,即力對物體做多少功,就有多少能量發生了轉化,因此用功來量度能量轉化的多少,能量的單位與功的單位一樣;6、能量轉化越多,做功越大;能量轉化越少,做功越小;三、功率1、比較做功的快慢(1)相同的功,比較做功的時間,所用的時間越少做功越快,所用的時間越多做功越慢;(2)相同的時間,比較做功的多少,做功越多,做功越快;做功越少,做功越慢;(3)比較做功的多少與時間的比值,比值越大,做功越快;比值越小,做功越慢;2、功率(1)定義:單位時間內物體所做的功;(2)功率大小反映了做功的快慢,做功越快,功率越大;做功越慢,功率越小;能量轉化的越快,功率越大;能量轉
6、化的越慢,功率越小;【小貼士】 功率只反映做功的快慢,不能表示做功的多少,如功率大做功就多,這句話不對,還的看時間,由此可得,功率的大小決定于做功的時間和做功的多少兩個因素決定的; 功率與機械效率是完全不相關的兩個物理量,不要混淆;(3)功率的公式:P=W/t 【功W的單位J;功率P的單位是瓦W;時間t的單位是秒s】【思維拓展】 功率公式P=W/t是指平均功率,即在時間t內的平均功率,而不是某一時刻的瞬時功率; 當物體在力F的作用下,以速度v做勻速直線運動時,由W=Fs、v=s/t、P=W/t可得P=Fv;例:汽車上坡時,需要一定的功率,減慢速度就是為了增大上坡的牽引力,這樣有利于上坡;3、功
7、率的單位:瓦特,簡稱“瓦”,W1W=1J/s 1KW=1000W 1MW=1000KW=106W4、常見的功率:韶山型電力機車4200千瓦 汽車約為50100千瓦噴氣式飛機約11萬千瓦 人步行約70瓦,短時間快速運動可達1千瓦5、1000W=1000J/s的意義:物體在每秒內所做的功為1000J;物體在1秒內有1000J的能量發生轉化;【第3學時】第3節 認識簡單機械一、杠桿1、定義:一根硬棒,如果再力的作用下,能繞固定點轉動,這根硬棒就叫杠桿;(1)一根硬棒能成為杠桿,應具備2個條件:要有2個力的作用,一個能使它轉動,另一個阻礙它轉動,且能繞固定點轉動;如:瓶蓋起子在沒有使用時就是不能稱為杠
8、桿;(2)杠桿的形狀可以是直的,也可以是彎的,但必須是硬的。2、杠桿五要素:(1)支點:使杠桿繞著轉動的固定點(常用O表示);(2)動力:使杠桿轉動的力(常用F1表示);(3)阻力:阻礙杠桿轉動的力(常用F2表示);【不論是動力還是阻力,杠桿都是受力物體,作用于杠桿的物體都是施力物體;尤其是阻力方向的判斷是杠桿學習的難點之一,要明確阻力是阻礙杠桿(即硬棒)轉動的力;】(4)動力臂:從支點到動力作用線的距離,用“L1”表示;(5)阻力臂:從支點到阻力作用線的距離,用“L2”表示;【 它是指從支點到力的作用線的垂直距離,千萬不能理解為支點到力的作用點的長度; 力臂不一定在杠桿上; 力的作用線即通過
9、力的作用點,沿力的方向所畫的直線; 支點可以在杠桿的中間,也可以在杠桿的兩側,一定在杠桿上; 當力作用在支點時,力臂為0;】3、力臂的畫法 “一找點,二畫線,三作出垂線段”(1)在杠桿的示意圖上,確定支點O;(2)畫好動力作用線及阻力作用線,畫的時候要用虛線將力的作用線延長;(3)再從支點O向力的作用線引垂線,畫出垂足,則從支點到垂足的距離就是力臂,力臂用虛線(或實線)表示并用大括號勾出,在旁邊標上字母“L1”或“L2”,分別表示動力臂和阻力臂;4、生活中的杠桿:釣魚竿、鑷子、鍘刀、鉗子、垃圾桶、剪指刀、鐵鍬、釣魚竿、天平、滑輪;二、杠桿平衡的條件1、杠桿平衡:杠桿在動力和阻力的作用下,保持靜
10、止狀態或勻速轉動狀態,我們就說杠桿平衡;2、杠桿平衡的條件:(1)內容:動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂;(2)表達式:F1L1=F2L2 或 F1/F2=L2/L13、研究杠桿平衡條件的實驗:(1)實驗開始時調節杠桿水平位置平衡:為了不計杠桿自重對實驗結果的影響;(2)實驗過程中調節杠桿水平位置平衡:為了方便測力臂;(3)實驗開始前,當發現杠桿向右端傾斜,可使左、右端螺母一律向左調;(4)實驗開始時,絕不能調節杠桿兩側的螺母,而是通過調節改變動力、阻力、動力臂或阻力臂,來實現杠桿的再次在水平位置平衡;(5)多次實驗是為了避免實驗的偶然性;4、由杠桿平衡的原理可以看出,F1L1=F2L2,當L
11、1L2時,F1F2,即在力臂較大的一端施加一個較小的力,就可以在另一端獲得一個較大的力,所以有人稱杠桿對力有“放大作用”。5、杠桿的分類杠桿類型杠桿特點杠桿優點杠桿缺點應用省力杠桿L1L2F1F2動力阻力省力費距離手推車、瓶蓋起子費力杠桿L2L1F2F1動力阻力省距離費力縫紉機腳踏板手柄長,刀口短的剪刀等臂杠桿L1L2F1F2動力阻力既不省力、也不省距離 天平、定滑輪【說明】(1)判斷杠桿是省力還是費力,要通過動力臂與阻力臂的大小相比較來確定,為了比較動力臂和阻力臂的大小,最好畫出杠桿示意圖,在圖上把杠桿的支點、動力臂、阻力臂、動力和阻力都表示出來,建立直觀的圖景,便于判斷。例如:天平。(2)
12、省力杠桿:省力但費距離,由于功=力×在力的方向上通過的距離,故省力杠桿不省功;動力在做功過程中,消耗的能量轉化成了內能;(3)費力杠桿:費力但省距離;設計這類杠桿的目的就是為了在需要省距離而不需要省力的情況下應用;如:釣魚竿釣魚時雖然費力,但手臂移動很短距離可使魚移動很長距離;三、滑輪1、定滑輪和定滑輪的區別定滑輪定滑輪含義位置固定不動的滑輪位置隨重物移動的滑輪實質等臂杠桿(支點在滑輪中心軸處)動力臂為阻力臂兩倍的省力杠桿(支點在固定端繩子與滑輪相切處)特點1、不能省力 2、不能省距離3、能改變力的方向4、定滑輪中,各個方向上的拉力大小不變1、省一半力;2、費距離;3、不能改變力的方
13、向;【說明】定滑輪的特點:(1)能改變力的方向;(2)不能省力,即 拉力F物體的重力G(理想狀態);實際情況下,要考慮繩子與滑輪之間的摩擦力f,因此 拉力F物體的重力G繩子與滑輪之間的摩擦力f(3)不能省距離,即 物體上升的距離拉力作用點移動的距離(sh);(4)拉力F所做的功Fs克服物體的重力G做功Gh(理想狀態);實際情況下,拉力F所做的功Fs克服物體的重力G做功Gh克服摩擦力f做功fs;(5)拉力F作用點移動的時間t與物體上升所用的時間相同,因此,可以看出物體在整個過程中的功率P的變化;(同時性)(6)定滑輪中,拉力的大小不會隨拉力的方向的改變而改變;即:拉力大小始終相同;定滑輪的特點(
14、1)不能改變力的方向;(2)省一半的力:根據杠桿平衡原理,由于L1=2L2 ,則拉力F1=2F2,理想狀態:拉力F1/2G實際情況:拉力F1/2(物體重力G定滑輪重力G繩子與定滑輪之間摩擦力f)(3)拉力作用點移動的距離是物體移動的距離的兩倍(s2h):(4)理想狀態:拉力F所做的功Fs克服物體的重力G所做的功Gh;實際情況:拉力F所做的功Fs克服物體的重力G所做的功Gh克服定滑輪重力所做的功Gh克服繩子與定滑輪之間的摩擦力做功fs;(5)拉力F作用點移動的時間t與物體上升所用的時間相同,因此,可以看出物體在整個過程中的功率P的變化;(同時性)(6)定滑輪中,拉力大小會隨拉力方向的改變而改變;
15、豎直向下時,拉力最小,最省力;四、滑輪組1、特點:同時具備定滑輪和定滑輪的特點,既可以省力,又能改變力的方向(但費距離);(1)省力情況:重物和動滑輪的總重由幾段繩子承擔,提起重物所用的力就是總重的幾分之一,F1/n(G物G動)n表示與動滑輪相連的繩子段數(不計摩擦和繩子自身重力)(2)確定滑輪組中承擔重物繩子的段數n的方法:A、要分清哪個是定滑輪,哪個是動滑輪。B、在動滑輪與定滑輪之間畫一條直線,將它們隔開來,只計算繞在動滑輪上的繩子段數;(3)組裝滑輪組的方法:確定繩子段數后,依據“偶定奇動”原則; n=2 n=3A、滑輪組設計原則可歸納為:“偶定奇動”n為偶數時,繩子從定滑輪開始;n為奇
16、數時,繩子從動滑輪開始;B、繞繩方法有一點切記:繩不可相交;(3)拉力F作用點移動的距離sn×物體上升的距離h五、機械效率1、有用功、額外功、總功的定義(1)有用功:必須要做的這部分功,叫做有用功,用W有用表示;(2)額外功:雖然不需要,但又不得不做的功,叫做額外功,用W額外表示;(3)總功:有用功和額外功的總和,用W總表示,即W總=W有用W額外;2、在提升物體時,總功(人消耗的化學能)一方面轉化為有用功(物體增加的勢能),另一方面轉化為額外功(機械增加的勢能或摩擦產生的內能)(1)對于不同的目的有用功和額外功會發生改變,如:用水桶從井里打水的過程,對水桶中的水所做的功為有用功,對水
17、桶所做的功為無用功;但當水桶不小心掉入井里,想辦法把水桶從井中撈出時,對水桶所做的功為有用功,而對殘留在水桶中的水所做的功為無用功;3、機械效率(1)定義:有用功與總功的比值叫做機械效率,用表示(2)公式:=W有÷W總×100%=W有÷(w有+w額)×100% (3)機械效率是一個比值,通常用百分比表示,由于總功大于有用功,所以小于1,效率是標志機械做功性能好壞的物理量,越高,機械的性能越好;4、定滑輪的機械效率:(1)總功:拉力所做的功W=FS;(2)有用功:克服物體重力所做的功W=G物h;(3)額外功:克服繩子重力和摩擦所做的功W=(G繩f)h;(4
18、)若不考慮繩子重力和摩擦,則機械效率為100%;5、動滑輪、滑輪組的機械效率:(1)總功:拉力所做的功W=FS;(2)有用功:克服物體重力所做的功W=G物h;(3)額外功:克服動滑輪的重力、繩子重力和摩擦所做的功W=(G動G繩f)h;(4)若不考慮繩子重力和摩擦,則機械效率= G物h÷FS= G物h÷(G物h + G動h)= G物÷(G物 + G動)= G物÷nF;6、提高滑輪組的機械效率:(1)在所有有用功不變的情況下,減小額外功;如:減少動滑輪的個數,或換用質量小的動滑輪,或盡量的減小摩擦等;(2)在所做的額外功一定的情況下,增大有用功,即在機械能承
19、受的范圍內盡可能增加每次提起重物的重力;7、影響滑輪組的機械效率的因素: 物體的重力、動滑輪的重力、繩子重力、摩擦力,但與上升的高度無關;六、斜面的機械效率1、總功:拉力所做的功W=FS;2、有用功:克服物體重力所做的功W=Gh;3、額外功:克服摩擦力所做的功W=fS;4、機械效率:= G物h÷FS= G物h÷(G物h + fS)5、影響斜面機械效率的因素:斜面的傾斜程度(斜面的長度和斜面的高度)、斜面的粗糙程度6、斜面的作用:省力;例如:盤山公路;7、若斜面是光滑的,則FS=Gh;【第4學時】第4節 動能和勢能一、動能1、定義:物體由于運動而具有的能;(1)一切運動的物體
20、都具有動能,例如:運動的汽車、飛行的子彈、翱翔的小鳥等;2、影響動能大小的決定因素:物體的質量、物體的速度(1)取同一個小鋼球的目的:為了控制質量相同;(2)從斜面的同一高度滑下:為了控制小鋼球到達水平面的速度相同;(3)運用到的科學方法:控制變量法(控制物體的質量或物體的速度)、轉化法(根據小球將相同的木塊推出的距離的遠近來判斷物體具有動能的大小)(4)結論:在物體的質量相同時,物體的速度越大,物體的動能越大; 在物體的速度相同時,物體的質量越大,物體的動能越大;二、勢能:重力勢能、彈性勢能(一)重力勢能1、定義:物體由于被舉高而具有的勢能(1)判斷一個物體是否具有重力勢能,關鍵看此物體相對
21、某一個平面有沒有被舉高,即相對此平面有沒有一定的高度,若有,則物體具有重力勢能;若沒有,則物體不具有重力勢能;2、影響重力勢能大小的因素:物體的質量、物體所處的高度;(1)運用到的科學方法:控制變量法(控制物體的質量或物體所處的高度)、轉化法(根據被砸沙坑的深度來判斷物體具有重力勢能的大小)(2)結論:在質量一定下,物體的所處的高度越高,重力勢能越大; 在高度一定下,物體的質量越大,重力勢能越大;(二)彈性勢能1、定義:物體由于發生形變而具有的勢能;2、影響彈性勢能大小的因素:物體的形變大小(1)判斷一個物體是否具有彈性勢能,關鍵看此物體是否發生彈性形變,若物體發生彈性形變,則此物體具有彈性勢
22、能;(2)要判斷物體的彈性勢能是否發生了變化或發生了怎樣的變化,關鍵看此物體的形變程度有沒有發生改變,若物體的形變程度變大,則物體的彈性勢能變大;若物體的形變程度變小,則物體的彈性勢能變小;三、動能和勢能的相互轉化1、單擺:單擺的擺錘從最高點擺向最低點時,位置越來越低,重力勢能減小,動能增大,重力勢能轉化為動能;從最低點擺向最高點時,位置越來越高,重力勢能增大,動能減小,動能轉化為重力勢能;2、滾擺:在下降過程中,越轉越快,它的重力勢能越來越小,動能越來越大,重力勢能轉化為動能;上升過程中,越轉越慢,它的重力勢能越來越大,動能越來越小,動能轉化為重力勢能;3、機械能:動能和勢能總和;4、機械能
23、守恒:物體的動能和勢能可以相互轉化,在轉化過程中,如果不受阻力,機械能總量保持不變,即機械能守恒;例:擺錘和滾擺在上升和下降時克服摩擦及空氣阻力都要消耗機械能,實際減少的機械能轉化為了內能;(1)判斷動能、勢能的轉化時,關鍵是看哪種能量在減少,哪種能量在增加,減少的能量轉化為增加能量;5、動能和勢能轉化的應用:撐桿跳、人造衛星【第5學時】第5節 物體的內能一、內能1、熱運動:物體內部大量粒子的無規則運動;2、擴散現象:溫度越高,粒子的無規則運動越劇烈3、內能:物體內部大量做熱運動的粒子所具有的能,俗稱“熱能”;(1)單位:焦耳;(2)內能包括分子動能(分子等微粒無規則運動而具有的能)和分子勢能
24、(分子等微粒間的相互作用而具有的能)(3)內能的特點: 一切物體在任何情況下都具有的內能; 內能大小與溫度有關,溫度越高,微粒的無規則運動越劇烈,內能越大;【內能增大,溫度卻不一定升高,如物體熔化時或沸騰時,內能增大,但溫度卻不變】 內能大小與質量(微粒的個數多少)有關 內能大小與物質的狀態有關二、改變內能的兩種途徑1、做功改變物體的內能(1)外界對物體做功,物體的內能增加;【實質:其他形式的能轉化為物體的內能】四種方法: 壓縮體積; 摩擦生熱; 鍛打物體; 擰彎物體;(2)物體對外做功,物體的內能減少;如:氣體體積膨脹;【實質:物體的內能轉化為其他形式的能】2、熱傳遞改變物體做功;(1)規律
25、:內能由高溫物體(或高溫部分)傳遞到低溫物體(或低溫部分),直至溫度相等時結束;(2)實質:能的轉移過程,且溫差越大能的傳遞越快;(3)方式:方式含義舉例傳導熱量通過接觸物質由高溫部分向低溫部分傳遞放在掌心的冰慢慢熔化對流熱量通過液體或氣體自身的流動由高溫部分向低溫部分傳遞用水壺燒水,最終整壺水的溫度都達到沸點;輻射熱量不通過物體媒介,直接由高溫物體發射到低溫物體的傳遞太陽的光和熱傳遞到地球(4)條件:物體之間或物體的不同部位存在溫度差,溫度差越大,熱傳遞越快;(5)熱量:在熱傳遞中,傳遞能量的多少,用Q表示,單位:焦J物體從外界吸收多少熱量,內能就增加多少;物體向外界放出多少熱量,內能就減少
26、多少;3、做功和熱傳遞在改變物體內能上產生的效果相同,但它們也有本質上不同,做功實質上能的轉化,熱傳遞實質上能的轉移;三、熱量的計算1、比熱容:單位質量的某種物質溫度升高(降低)1時吸收或放出熱量,稱為該物質的比熱容;(1)單位:J/(Kg·),讀作:焦每千克攝氏度(2)水的比熱:4200 J/(Kg·)物理意義:質量為1千克的水溫度升高或降低1時吸收或放出的熱量為4200J(3)水的比熱特點:在一定質量的水,升高或降低一定溫度吸收或放出的熱量較多;【用途】用做制冷劑或用來取暖;(4)比熱容是物質的一種特性,受物質的狀態的影響;2、熱量的計算:Q=c×m×
27、;t Q吸=c×m×(tt0) Q放=c×m×(t0t)【拓展】(1)物體本身沒有熱量,不能說某個物體具有多少熱量,更不能比較兩個物體熱量的大小,只有發生了熱傳遞的過程中,有了內能的轉移,才能討論熱量問題;(2)熱量是在熱傳遞過程中,內能轉移的數量,所以熱量是一個過程量,它存在于熱傳遞的過程中,離開熱傳遞談熱量是沒有意義的,所以我們不能說:“某物體含有或具有多少熱量”。(3)熱量的多少與物體內能的多少、物體溫度的高低沒有關系;3、溫度、內能、熱量之間的區別和聯系【區別】(1)溫度:是一個狀態量,所以只能說:“是”多少,而不能“傳遞”或“轉移”的;(2)內
28、能:是能量的一種形式,也是一個狀態量,通常用“具有”等詞來修飾;(3)熱量:是一個過程量,要用“吸收”或“放出”來表述,而不能用“具有”或“含有”來表述,如果物體之間沒有溫度差,就沒有熱傳遞,就沒有內能的轉移,也就不存在“熱量”的問題;【聯系】溫度的變化,可以改變一個物體的內能,傳遞能量的多少可以量度物體內能改變的多少。物體吸收或放出熱量,它的內能將發生改變,但它的溫度不一定改變,同樣,物體放出熱量時,溫度也不一定降低;四、燃料的熱值1、熱值:1千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量,叫做這種燃料的熱值;用“q”表示(1)單位:焦/千克 J/kg(2)物理意義:氫氣1.4×108 J/kg
29、質量為1千克的氫氣完全燃燒時所釋放的熱量為1.4×108 J(3)熱值反映了所有能燃燒的物質的一種性質,反映了不同燃料在燃燒過程中,化學能轉化為內能的本領的大小,是燃料本身的一種特性,它只與燃料的種類有關,與燃料的形狀、質量、體積、是否完全燃燒均沒有關系;(4)燃料完全燃燒放出的熱量的計算公式:Q= qm(5)“1千克”、“某種燃料”、“完全燃燒”2、火箭選用氫作燃料,而不是汽油,原因:液態氫的熱值大;【第6學時】第6節 電能的利用一、電器的功率1、電能利用: 物體能做功是因為具有能量,力對物體做了多少功,就有多少能量發生了轉化;電流也具有做功的本領,是因為具有電能,電流通過用電器會
30、發生電能與其他形式的能量之間的轉化(實質是電流做功);2、電功率的定義:電流在單位時間內所做的功,用“P”表示(1)單位:瓦特 瓦 W 千瓦KW 兆瓦MW(2)1千瓦=1000瓦 1兆瓦=1000千瓦(3)物理意義:1000瓦電流在每秒內所做的功是1000焦耳(4)電功率反映了電流做功的快慢、電能轉化的快慢、電能利用的快慢;【拓展】燈泡的電功率越大,單位時間內電流做功(電能消耗)越多,電能轉化越快,電流做功越快;3、額定電壓和額定功率(1)額定電壓:用電器正常工作時的電壓;一般用電器上標明的正常工作的電壓值就是額定電壓,常用U額表示;(2)額定功率:用電器在額定電壓下正常工作時的電功率;一般用
31、電器上標明的正常工作的功率值就是額定功率,常用P額表示;【拓展】用電器的額定電壓和額定功率是不會發生改變,每一種用電器的都是已經設定好的;4、用電器常見的電功率:普通燈泡15100W 電冰箱、電視機、電腦100400W 空調、電熱水器1000W左右5、實際電壓和實際功率:(1)實際電壓:用電器實際工作時的電壓,常用U實表示;如:可能與額定電壓相等,也可能比額定電壓大或者小,也可能用電器兩端實際電壓為0;(2)實際功率:用電器在實際電壓下工作時的電功率,常用P實表示;如:可能與額定功率相等,也可能比額定功率大或者小,也可能用電器兩端實際功率為0;6、燈泡的亮度是由燈泡的實際電功率大小所決定的,無
32、論額定電壓如何,額定功率如何,在沒有損壞的前提下,如果實際功率相等,則發光的亮度就相同;用電器兩端的電壓電功率用電器工作情況U實=U額P實=P額正常工作U實U額P實P額容易損壞U實U額P實P額不能正常工作二、電功率和電功的計算(一)影響電功率大小的因素1、器材:干電池兩節、2.5伏小燈泡兩個、電壓表、電流表、開關、導線若干。2、條件控制:(1)圖a:電壓相等時,研究燈泡電功率大小與電流大小的關系;(并聯)(2)圖b:電流相等時,研究燈泡電功率大小與電壓大小的關系;(串聯)3、現象:用燈泡的亮度來反映電功率大小關系4、結論:(1)圖a:電壓相等時,電流越大,燈泡的電功率越大;(2)圖b:電流相等
33、時,電壓越大,燈泡的電功率越大;(二)電功率和電功的計算1、用電器的電功率等于用電器兩端的電壓與通過用電器的電流大小的乘積;(1)公式:P=UI(2)根據歐姆定律I=U/R,推導公式:P=U2/R P=I2R P=W/t(3)單位:瓦 W 1W=1伏·安【注意】(1)由于歐姆定律只適用于純電阻(即用電器消耗的電能全部轉化為熱能)電路而對非純電阻電路則不適用,所以推導出的兩個公式也只適用于純電阻電路(2)對于公式中出現的電壓值、電流值和電阻值都具有同時性(某一瞬間通過導體的電流值和該時刻加在導體兩端的電壓值)和同體性(針對同一導體中的電流值、該導體兩端的電壓和該導體的電阻值);(3)P
34、=U2/R常被應用于并聯電路,因為并聯電路各分支兩端的電壓都相等; P=I2R常被應用于串聯電路,因為串聯電路中的電流是處處相等的;另外,P=U2/R常用于根據用電器的銘牌求出電阻,以及進一步求出用電器的實際功率;(4)無論用電器串聯還是并聯關系,電路的總功率等于各用電器實際電功率之和;表達式:P總=P1+P2+P3+或者用電器的總功率等于電路中的總電壓和總電流的乘積;P總=U總I總;2、電功的計算:(1)公式:W=UIt ;(2)推導公式:W=U2t/R W=I2Rt W=Pt三、電功率的測定1、測定的方法:(1)用電能表直接測定用電器的消耗的電能、秒表測定用電器做功的時間,從而測定用電器的
35、電功率;(2)測量出用電器兩端的電壓和通過用電器的電流,再根據公式P=UI間接求出用電器的電功率,這種方法叫伏安法;2、用伏安法測定小燈泡電功率(1)實驗器材:小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、電源、開關、導線。(2)實驗電路圖:(3)器材說明:用電流表和電壓表分別測出通過小燈泡的電流和其兩端電壓,因為要測量不同電壓下的功率,所以電路中要接入滑動變阻器,用來改變小燈泡兩端電壓。(4)實驗步驟: 按電路圖連接好電路; 閉合開關,調節滑動變阻器,使小燈泡兩端的電壓恰好等于小燈泡的額定電壓2.5V,觀察小燈泡的亮度,并記錄電流表和電壓表的示數。 調節滑動變阻器,使小燈泡兩端的電壓約等于小燈泡額定電
36、壓的1.2倍。觀察小燈泡的亮度變化,并記錄此時電流表和電壓表的示數(注意:小燈泡兩端的電壓不能超過它的額定電壓太多)。 調節滑動變阻器,使小燈泡兩端的電壓約等于小燈泡額定電壓的0.8倍。觀察小燈泡的亮度變化,并記錄此時電流表和電壓表的示數。 計算出三種情況下小燈泡的電功率 斷開電路,整理器材。 實驗數據(記錄)表格: 實驗要求發光情況電流(A)電壓(V)電功率(W)1小燈泡在額定電壓下工作正常 0.3 2.5 0.752小燈泡兩端電壓是額定電壓的1.2倍很亮 0.4 3 1.23小燈泡兩端電壓低于額定電壓暗 0.2
37、 2 0.4 【注意】:在進行實驗時應注意以下幾點: 電源電壓應高于小燈泡的額定電壓,例如,測定額定電壓為2.5 V的小燈泡的電功率時至少要選兩節干電池串聯作電源。 電壓表的量程應大于小燈泡的額定電壓,電流表的量程要大于小燈泡正常工作電流。 滑動變阻器允許通過的最大電流要大于燈泡的正常工作電流,而滑動變阻器的最大電阻值應與小燈泡的電阻差不多,以使調節效果明顯。 根據串聯分壓原理進行判斷,準確熟練地調節滑動變阻器,使小燈泡在等于額定電壓、略高于額定電壓的和低于額定電壓三種條件下發光。尤其在做第二次實驗時,需小心調節滑動變阻器,以免因實驗電壓超過額定電壓太多而燒壞燈泡
38、。 開始連接電路時,要使開關斷開,閉合開關前,要把滑動變阻器滑片置于最大阻值處。 開始實驗前,要檢查電路并試觸,實驗結束,要先斷開開關,再整理電路。 實驗時,在移動活動變阻器的滑動觸頭時,眼睛要看著電壓表,看它的示數是不是等于小燈泡的額定電壓; 測電阻的三次測量是為了求平均值減小誤差;而測功率的三次測量是為了測不同電壓下的實際功率并比較燈泡的亮度,故不能取平均值; 實驗中滑動變阻器的作用:保護電路和改變燈泡兩端的電壓,進行多次測量,從而得到不同電壓下的電功率值;(5)分析論證:由公式P=IU計算小燈泡的功率。(將計算結果填入表中,通過分析和比較得出)分析比較額定電功率和實際電功率大小問題,比較
39、燈泡的亮暗程度與電功率間的關系。 當U實=U額時, P實=P額 ,正常發光; 當U實<U額時,P實< P額,較暗; 當U實>U額時,P實> P額,較亮;(6)實驗結論: 不同電壓下,小燈泡的功率不同;實際電壓越大,小燈泡功率越大。 小燈泡的亮度由小燈泡的實際功率決定,實際功率越大,小燈泡越亮。 (7)實驗拓展:測小燈泡的電功率和用伏安法測電阻兩實驗有相似之處,也有明顯區別,列表對比分析如下:實驗名稱測小燈泡電阻測小燈泡的功率原理RU/IPUI器材電壓表、電流表、電源、滑動變阻器、開關、導線、被測的電阻或小燈泡電路圖同上同上分析對比分析測量結果。結論測
40、電阻采取多次測量求平均值的方法求導體的電阻,而測電功率不能求平均值 (8)伏安法測小燈泡的電阻要多次測量求平均值減小誤差,而測小燈泡的電功率為何不能也求平均值呢? 隨著小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流的改變,小燈泡的功率也在改變,不同的電壓下,小燈泡的電功率不同,小燈泡的實際功率是不斷變化的,因此求功率的平均值是沒有意義。為了比較在不同電壓下小燈泡的功率和發光情況,所以電功率不能求平均值。【拓展】實驗電路中,小燈泡不發光的原因:(1)電路故障問題:燈泡短路、燈泡斷路(或電路中某一處斷路)、(2)非電路故障問題:小燈泡的實際電功率太小,不足以讓燈泡發光,只能讓你發熱;四、
41、電能表“電度表”1、電能表的作用和計量單位(1)作用:用電器在一段時間里消耗的電能;(2)計量單位:千瓦時 kW·h 俗稱“度” 1 kW·h=1度=3.6×106J(3)意義:功率為1千瓦的用電器正常工作1小時所消耗的電能為3.6×106J;2、電能表的參數及意義: “220伏、50赫”表示該電能表在200伏、50赫茲的電路中使用; “10(20)安”表示此電能表的標定電流為10安,在短時間內使用電流允許大些,但最大不能超過20安; “600轉/千瓦時”表示接在這個電能表上的用電器,每消耗1千瓦時的電能,電能表轉盤轉過600轉,即電能表每轉動一轉消耗的
42、電能是1千瓦時/600轉;3、電能表測量電能的方法:(1)測量較大電能時用刻度盤讀數:最后一位有紅色標記的數字(有方框打著的數字)表示小數點后第一位,電能表前后兩次讀數之差,就是這段時間內消耗的電能;【具體過程】:讓用電器工作一段時間,讀出該用電器消耗的電能,利用公式P=W/t計算出該用電器的電功率;(2)測量較小電能時,用轉盤讀數:通過記錄某段時間內電能表轉盤轉數,結合電能表轉盤每轉表示的電能,計算出該段時間內消耗的電能,即:W電=轉數×每轉消耗的電能;【具體過程】:600轉/千瓦時讓待測電功率的用電器工作,記下電能表轉盤轉過一定轉數n所用的時間t,則該用電器在時間t內做的功為:W
43、=(n×3.6×106J)/600轉=6000n焦,則該用電器的電功率為:P=W/t=6000n焦/t;五、學習方法點津1、本節內容涉及的公式和單位較多,容易出現混淆或不能選用正確、合理的公式進行分析和計算,針對這種情況,一般解答計算題時先列出已知的各個物理量(用字母表示),并將各物理量標注上相應的單位,然后將所要求的物理量也列出,綜合已知的物理量和要求的物理量,找出需要的公式即可;2、燈泡的亮度取決于實際功率,跟額定功率無關,判斷時,可用下面三條規律:(1)若燈泡正常發光,額定功率大的燈泡亮;(2)若燈泡串聯且不正常發光,則電阻大的亮;(3)若燈泡并聯且不正常發光,則電阻
44、小的亮;3、測量小燈泡電功率實驗電路圖故障分析:(一)接線錯誤(1)現象:若燈泡很亮,電壓表和電流表的指針偏轉較大,移動滑動變阻器,燈泡亮度和電壓值、電流值不變;原因:滑動變阻器同時接在上面兩個接線柱;(2)現象:若燈泡很暗,電壓表和電流表的指針偏轉較小,移動滑動變阻器,燈泡亮度和電壓值、電流值不變;原因:滑動變阻器同時接在下面兩個接線柱;(3)現象:電壓表(并聯連接)和電流表(串聯連接)的指針反向偏轉; 原因:電壓表或電流表的接線柱接反了;(二)實驗操作錯誤:(4)現象:燈不亮,電壓表無示數,電流表有示數; 原因:燈泡短路;(5)現象:燈不亮,電壓表有示數,電流表無示數; 原因:燈泡斷路;4、易誤易混警示:(1)額定功率越大,燈泡越亮;額定功率越小,燈泡越暗;(2)電能的
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