高二物理导学案4.4(二)

4.4电路中的能量转化与守恒（一）

【学习目标】

1.掌握电功、电功率、电热的概念及计算 2.能区分电热和电功

3.理解纯电阻电路与非纯电阻电路的特点

4.知道电源的总功率、输出功率及内阻上的热功率明确闭合电路中的能量转化与守恒 【学习重点】1.电功与电热的关系2.电路中的能量转化与守恒 【学习难点】1.电功与电热的关系2.电路中的能量转化与守恒

②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小． ③当R<r时，随着R的增大输出功率越来越大．

④当P出<Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r. ⑤P出与R的关系如图5所示． 4．电源的效率

(1)任意电路：η＝

2

P出U

×100%. P总E

1

×100%＝ R＋rr

1＋

知 识 梳 理

1．闭合电路中的能量转化关系

根据闭合电路欧姆定律我们可以得到EI＝IU端＋IU内，这表明电源非静电力所做功的功率等于电流在内、外电路的电功率之和，反映了在电路中的能量转化和守恒关系。

闭合电路中各部分的电功率情况可以用如图所示的U-I图象来表示。其中图线A表示闭合电路路端电压随外电流的变化情况；图线B表示外电路的电流随电压的变化情况。两图线的交点即为此时电路的工作状态，从交点的横、纵坐标可读出此时电路中的总电流和路端电压。

此时图象中DEOI总所围的面积大小（EI总）表示了电源的释放功率；CU端OI总所围的面积大小（UI总）表示了电源的输出功率；而这两面积之差DEU端C所围的面积大小（EI总-UI总）则表示了电源内部所消耗的功率。 2.电路中的有关功率及效率 1．电源的总功率

(1)任意电路：P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内． (2)纯电阻电路：P总＝I(R＋r)＝

2

2

(2)纯电阻电路：η＝

R

R

因此在纯电阻电路中R越大，η越大；当R＝r时，电源有最大输出功率，效率仅为50%. 特别提醒 1.当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有50%；当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义．

2．对于内、外电路上的固定电阻，其消耗的功率根据P＝IR来判断，与输出功率大小的判断方法不同．

2

探 究 案

探究一、在如图所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝R3＝4 Ω，当开关S接 a时，R2上消耗的电功率为4 W，当开关S接b时，电压表示数为

E UE

2

4.5 V，试求：

R＋r

.

(1)开关S接a时，通过电源的电流和电源两端的电压； (2)开关S接b时，电源的电动势和内电阻； (3)当开关S接c时，通过R2的电流．

思维突破 对于直流电路的分析与计算，要熟练掌握串、并联电路的特点，知道这两种电路的电压、电流及电功率的分配关系，并能把较为复杂的电路化为简单、直观的串、并联关系．

2．电源内部消耗的功率：P内＝Ir＝U内I＝P总－P出． 3．电源的输出功率

(1)任意电路：P出＝UI＝EI－Ir＝P总－P内．

2

总

E2R

(2)纯电阻电路：P出＝IR＝

R＋r2

E2

2＝2

R－r＋4rR

(3)输出功率随R的变化关系

E2

①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝.

4r