电能、内能
考点解读:
1、电能的获得和转化:发电机和电动机
| | 发电机 | 电动机 |
| 工作原理 | 利用电磁感应:闭合电路一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,回路中会产生感应电流。 | 通电导体在磁场中受到力的作用(安培力),通电线圈在磁场中受力转动。 |
| 方向关系 | 感应电流方向与磁场方向、导体的运动方向有关,可用右手螺旋定则来判定 | 力的方向与磁场方向、电流方向有关 |
| 主要部件 | 定子、转子 | 定子、转子、转向器 |
| 能量转化 | 机械能-->电能 | 电能à机械能 |
2、电功
概念:电流所做的功,即用电器所消耗的电能,也就是电能转化为其他形式的能的过程。
公式:W=Pt=UIt,表明电流在某段电路上做的功等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流以及通电时间的乘积。
单位:焦(J),1焦=1伏*安*秒
3、电功率
概念:电流在1秒内做的功,它是表示电流做功快慢的量。
公式:P=W/t。
额定功率:用电器在额定电压下的功率。P额=U额I额
实际功率:用电器在实际工作时消耗的功率。P实=U实I实以灯泡为例,灯泡的亮度和灯泡的实际功率有关,实际功率越大,灯泡越亮。
电功率单位:瓦(W),1瓦=1伏*安=1焦/秒。常用单位还有千瓦(KW)。
电功率测量:利用伏安法,根据原理:P=UI,用电压表和电流表分别测出电压和电流,即可测出用电器的功率,若此时测出的电压等于用电器的额定电压,则结果对应为额定功率。
4、电能表的使用
电能表时直接测量某段时间内消耗电能的仪表,又称千瓦时计,俗称电度表。电能表上的计量单位是千瓦*时,俗称度。1千瓦*时=3.6*106 焦。
5、电流的热效应
电流流过导体时,导体会发热(温度要升高),这种现象叫电流的热效应。从能量的转化来看电流通过导体发热的过程实质是电能转化为内能的过程。常见的电热器就是利用这一原理制成的,其主要部件时发热体,材料特点是电阻率大,熔点高的合金材料。
焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成反比,跟通电时间成正比,即Q=I2Rt,若电流通过导体时电能全部转化为内能,则W=Q。
6、安全用电
(1)家庭电路的组成:进户线(包括零线和火线)、电能表、总开关、熔断器、开关、各种用电器、插座。在家庭电路中各用电器、插座间都是并联的,开关和用电器时串联的,开关和保险丝接在火线上,闸刀开关静触点连接电源线且一定要装在上方,螺丝口灯泡的螺旋套接零线。
(2)保险丝:作用是当电路中电流过大时,保险丝会自动熔断切断电路,避免因电流过大而烧坏电器或引起火灾;保险丝一般是用电阻率大、熔点低的铅锑合金制成;选择保险丝时一般选择额定电流等于或略大于电路正常工作的电流。
(3)对人体不造成危险的电压时24伏。
(4)安全用电的原则是:不接触低压带电体,不靠近高压带电体。
7、比热
单位质量的某种物质,温度升高(降低)1摄氏度能吸收(放出)的热量,叫该种物质的比热。比热是物质的一种特性,不同的物质一般具有不同的比热。水的比热为4.2*103焦/(千克*摄氏度),在所有物质中最大。
8、内能
(1)物体内部大量微粒做无规则运动具有的能叫做内能,俗称热能,即物体热运动时具有的能。
(2)改变物体内能的方式:
a、做功
对物体做功,物体内能增加。实质是其他形式的能转化为内能;
物体对外做功,物体的内能减少。实质是物体的内能转化为其他形式的能。
b、热传递(热传导、热辐射、对流)
物体吸收能量,内能增加。实质是别的物体的内能转移到该物体上;
物体放出热量,内能减少。实质时物体的内能转移到别的物体上。
9、燃料的燃烧是化学变化过程,从能量转变的角度看燃料燃烧是化学能转变成内能。燃料的热值是1千克的某种燃料完全燃烧所放出的热量,单位为焦/千克。燃料的热值是燃料的一种特性。
重难点突破
1、重、难点
(1)利用电磁感应现象解释发电机的工作原理,知道磁场对待女流有力的作用,知道电动机的工作原理;
(2)理解电功和电功率的概念,并结合以前学过的电学知识利用公式进行简单的计算;
(3)会区别额定功率和实际功率;
(4)测量电功率:选择器材、设计电路、确定实验步骤;
(5)家庭安全用电常识。
(6)改变内能的两种途径:做功和热传递,明确做功和热传递对物体内能的改变时等效的;
(7)热传递的三种方式:传导、对流、辐射;
(8)会进行简单的热量计算;
(9)了解热机效率,知道其能量转化方式。
2、学法指导
(1)电能
电功、电功率、家庭用电因其与生活实际有着密切、广泛的联系,是本部分主要内容,也是中考的必考内容。家庭用电一般以选择题出现较多,而电功、电功率则出现在分析、计算题较多。学习这部分内容我们可以以“电能的获得、转化、量度、利用”为主线,抓住电能便于传输和转化为突破口,落实相关知识。
学习电功概念时可以喝前面一章的《功和简单机械》对比,电功实质就是电流做功,即电能转化为其他形式的能的过程。
(2)内能
内能是初中科学中一个很重的概念,是今后学习高中后续知识的基础,其涉及到热学知识,而热学知识又与我们的日常生活,天气气候,生产活动紧密相连,汽车、火车、飞机等的许多动力机都是热动力机,所以学好热学不仅为进一步学习科学、探索自然打好基础,又是许多技术设计的理论基础。所以学习这部分内容应注重从生活实际出发,从生活实际问题中找到问题的直观性和趣味性。
从分子运动论来理解内能的概念:由于物质都是有微粒构成,而微粒又在不停的作无规则运动,从而这些微粒就具有动能;而微粒间有力的作用,所以微粒又具有势能,从而我们就很容易理解内能就是微粒热运动的动能和相互作用的势能之和。
易错点分析
1、你算出的是额定功率还是实际功率?
在考点解读部分已经介绍,这是两个不同的概念,计算时往往容易搞错。额定功率是用电器在额定电压下的功率,一般情况下,用电器的额定电压是一个确定值,所以用电器的额定功率也是一个确定的值;而实际功率是指用电器在实际工作时消耗的功率,即一个用电器在实际工作时所获得的电压不一定等于额定电压,所以实际的功率也就不一定等于额定功率。根据公式P=UI,当用电器两端实际电压小于额定电压时,则实际功率小于额定功率,像灯泡这样的用电器此时工作变现为亮度较暗;反之,则实际功率大于额定功率,这种情况下对用电器有损害;只有当用电器两端的电压等于等于额定电压时,实际功率才等于额定功率。
例:如图,R1=24Ω ,R2=36Ω ,电源电压为12V,求:P1 ,P总
分析:电功率计算公式.电功率的定义式为: P=W/t=UI。用欧姆定律还可以导出另外的两种形式P=U2/R(I=U/R代入)和P=I2R(U=IR),但P=UI是普遍适用式,而P=U2/R和P=I2R仅适用于纯电阻电路,本题属纯电阻电路(在初中阶段有关电功率计算一般都是在纯电阻的电路中),因此电功率的三个关系式都可使用,即只要知道导体中I、U 和R中的任意两个量就可以直接选择对应的公式计算导体的电功率.
解:由欧姆定律可求出电路中的电流:I=0.2A
由P1=I2R=(0.2A)2×24Ω=0.96w
由P总=UI=12V×0.2A=2.4W
2、用W=I2Rt 还是用Q=I2Rt ?
W=UIt是计算电功普遍使用公式,对于任何电器都通用。其变形公式W=U2t/R,W=I2Rt只适用于电炉等纯电阻电路,而Q=I2Rt是用来计算内能的公式,二者不一样。当用电器工作时,如果全部电能都转化为内能,则此时W=Q;若电能不能全部转化为内能,则转化为内能的部分只能用Q=I2Rt计算,总功为W总=UIt,机械功为W机=W总-Q。
例:下列计算热量的公式中,哪一个是焦耳定律的普遍适用公式( C )
A、Q=UIt B、Q=U2/Rt C、Q=I2Rt D、上面三个都是
分析:焦耳定律讲述了电能转化为内能,也就是电流产生热量时的有关规律。它的公式是Q=I2Rt,如果用电器在工作时电能全部转化为内能,则也可以用公式Q=u2/Rt和Q=UIt来计算电流产生的热量,现阶段的初中物理课本里,只研究白炽灯、电炉等,电能完全转化为内能的用电器,因此上述公式都是适用的,但对于电能没有全部转化为内能的用电器(如电动机),计算电热时用公式Q=u2/Rt和Q=UIt是错误的。
3、温度是物体内部大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。一般情况下,物质内分子无规则运动的越剧烈,其温度越高,则此时其具有的内能大,所以当两物体接触时,热量会从温度高的物体传递给温度低的物体,传递的是热量,而不是温度。
社会热点****
1、智能电网
所谓智能电网,就是电网的智能化,也被称为“电网2.0”,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标,其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接��、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
对于广大普通用户来说,智能电网带给我们最直接的用处就是它提供满足21世纪用户需求的电能质量,电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。智能电网实现后就能解决以上电能质量不稳定的指标。
习题1:在生活中不难发现,晚上7点~9点,使用的用电器增多,家中的电灯要暗些;到了夜间11点以后,使用的电器减少,电灯又会变得亮一些。
(1)某同学观察到上述现象后分析,实验室中导线的长度比较短,电阻很小,可以忽略,可是实际的输电线很长,电阻就大一些。他猜想灯光变暗可能与输电线的电阻有关。你认为他的猜想对吗?请你作出判断并完整解释灯光变暗的原因。
(2)现有电池组一个、用来表示家用电器的小灯泡两只(小灯泡上标有“3.8V 1.4W”字样)、用来表示输电线电阻的1Ω电阻一只、开关一只、导线若干。利用这些器材,设计一个能够模拟上述变化过程的电路。要求只画出实验的电路图。
(3)背景资料:宁波市已开始实施居民用电分时计价。物价部分确定的峰时段(8时至22时)电价为0.56元/度,而谷时段(22时至8时)电价仅为0.28元/度。
综合上述问题背景资料,谈谈安装分时电表、实行分时计价后,除了部分居民可以节省一些电费外,还有哪些好处(只需写出一点即可)
2、电动汽车时代的到来
我一直认为,电动车一定会代替汽油车,有两个理由:一是能源问题。二是污染问题。--中国工程院院士 陈清泉。
目前研究开发中的电动车有两类具有实际应用前景,一是太阳能电动车,二是立足于氢能基础上的燃料电池汽车。前者将太阳能转化为电能,能源来源无限且无污染。后者以氢为燃料,通过化学反应产生电流并排出水,能实现可循环利用和零排放。
习题2:设阳光辐射到车上太阳能电池的光能接收板上的功率为1.0×104W。行驶时可通过改变滑动变阻器的电阻来调节电动机转速从而改变汽车行驶速度。当滑动变阻器滑片在最左端时,汽车的行驶速度最大,此时电压表示数为180V,电流表示数为15A。
(1)汽车以最大速度行驶时电动机消耗的电功率是多大?(2)当滑片向右移至某一位置时,汽车的行驶速度小于最大速度。此时电压表示数为150V,电流表示数为10A,则此时滑动变阻器接入电路的电阻大小是多少?电动机消耗的功率与滑动变阻器消耗的功率之比是多少?
参考答案:
习题1:(1)该同学的猜想是正确的。在用电高峰期,干路电流增大,由于考虑导线的电阻所以导线上的电压增加,那么加在灯两端的电压减少,因此灯变暗。
(2) (3)减轻用电高峰时供电压力(合理即可)
习题2:(1)2700w, (2)3Ω,5:1
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