1、2.能量转化的方向性和效率第十一章 物理学与能源技术导入新课讲授新课课堂小结随堂训练能量的转化和转移无处不在。然而能量的转化和转移无处不在。然而,许许多情况虽然并不违背能量守恒定律多情况虽然并不违背能量守恒定律,但但在实际情形中却不会发生在实际情形中却不会发生,这是为什么这是为什么呢呢？这是因为能量的转化具有方向性。这是因为能量的转化具有方向性。导入新课导入新课1.认识到能量转移具有方向性。2.认识能量转化效率。学习目标学习目标导入新课导入新课思考思考:水能从低处往高处流吗水能从低处往高处流吗？水能自发地从低？水能自发地从低处往高处流吗处往高处流吗？能量转化的方向性一用抽机就能实现水从低用抽机
2、就能实现水从低处往高处流。处往高处流。如果水是自发地流如果水是自发地流只能从高处往低处流只能从高处往低处流,同样能量的自发流向也同样能量的自发流向也不是随意的不是随意的,即能量的即能量的转化具有方向性。转化具有方向性。讲授新课讲授新课1.讨论交流讨论交流:这些情形可能吗这些情形可能吗？试看分析以下过程能否实现试看分析以下过程能否实现,以及实现过程中的以及实现过程中的能量转化情况。能量转化情况。1一杯水静置一段时间一杯水静置一段时间后后,其中的一部分水自行其中的一部分水自行从另一部分水中吸取热量从另一部分水中吸取热量,沸腾成水蒸气沸腾成水蒸气?另一部分水另一部分水那么内能减少那么内能减少,凝结成
3、冰凝结成冰?讲授新课讲授新课 热传递的过程是有方向性的热传递的过程是有方向性的,这个过这个过程可以向一个方向自发地进行程可以向一个方向自发地进行,但是向相但是向相反的方向却不能自发地进行。反的方向却不能自发地进行。注意注意:内能总是自发地从高温物体向低温内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发地由低温物体向高温物体转移而不会自发地由低温物体向高温物体转移。物体转移。讲授新课讲授新课2枯萎的花儿枯萎的花儿,自发从空气中吸取能量和水分自发从空气中吸取能量和水分,重焕青春重焕青春？枯萎的花儿枯萎的花儿,也不可也不可能自发从空气中吸能自发从空气中吸取能量和水分。取能量和水分。讲授新课讲授新课3
4、坡底的巨石从周围环境中获取能量坡底的巨石从周围环境中获取能量,滚向坡顶滚向坡顶？机械能可以全部机械能可以全部转化为内能转化为内能,而内能而内能不可全部转化为机械不可全部转化为机械能而不引起其他变化能而不引起其他变化!讲授新课讲授新课4汽车从北京开到天津汽车从北京开到天津,掉转车头掉转车头,可以不再消耗可以不再消耗新的燃料新的燃料,从空气、尾气中吸取能量从空气、尾气中吸取能量,返回北京返回北京？返程不返程不再耗再耗油油.讲授新课讲授新课 这是不可能的。因为被其他物质吸收后这是不可能的。因为被其他物质吸收后变为周围环境的内能变为周围环境的内能,我们无法把这些内我们无法把这些内能收集起来重新利用能收
5、集起来重新利用,这种现象叫作能量这种现象叫作能量的耗散。能量的耗散从能量转化的角度反映的耗散。能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。出自然界中宏观过程的方向性。讲授新课讲授新课 通过以上的分析很明显这些过程都是不可通过以上的分析很明显这些过程都是不可能实现的能实现的,我们在现实生活中也从未看到这我们在现实生活中也从未看到这样的现象发生过。自然界中许多自发的过程都样的现象发生过。自然界中许多自发的过程都是有方向的是有方向的,或者说能量的转化和转移也是或者说能量的转化和转移也是有方向的。有方向的。讲授新课讲授新课2.能量流动具有方向性能量流动具有方向性1转移的方向性转移的方向性
6、 热量只能自发地从高温物体转移到低温物体热量只能自发地从高温物体转移到低温物体,反反之要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可之要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可能的。但如果有外界适当的干预能的。但如果有外界适当的干预,或满足一定的条件或满足一定的条件,热量可以从低温物体转移至高温物体。热量可以从低温物体转移至高温物体。例如空调可以将热量从低温的室内移至高温的室例如空调可以将热量从低温的室内移至高温的室外外,但外界必须做功但外界必须做功,这种转移才是可能的这种转移才是可能的,空调不开空调不开不做电功不做电功,这种转移就是不可能的。这种转移就是不可能的。讲授新课讲授新课2转化的方向
7、性转化的方向性 指内能和其他形式的的能量如电能、机械能指内能和其他形式的的能量如电能、机械能等的相互转化具有方向性。其他形式的能量可以等的相互转化具有方向性。其他形式的能量可以自发地转化为内能自发地转化为内能,而内能不可无条件地转化为其而内能不可无条件地转化为其他形式的能量。他形式的能量。例如钟表在再次上紧发条之前例如钟表在再次上紧发条之前,终会停下终会停下,机械机械能终会完全转变为内能能终会完全转变为内能,内能不可自发地转化为内能不可自发地转化为机械能。机械能。讲授新课讲授新课 总之如果某个过程涉及了热量总之如果某个过程涉及了热量,能量能量的转化和转移就将是覆水难收的转化和转移就将是覆水难收
8、”,”,无法自发地沿反方向发生无法自发地沿反方向发生,除非我们耗费除非我们耗费额外的能量提供帮助。额外的能量提供帮助。思考思考:因为能量是守恒的因为能量是守恒的,所以我们不需要节所以我们不需要节约能源约能源,这种说法対吗这种说法対吗？并说明原因。？并说明原因。讲授新课讲授新课 现实的宏观世界中,物体间一旦存在温差,就会有热量的传递;摩擦无处不在,机械能会不断转化为内能。我们対能量的利用,无法避免涉及热量的生成与转移。于是,每一次能量的利用。都会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量。这种说法不准确这种说法不准确,因为能量转化具有方向性。因为能量转化具有方向性。这就是为什么虽然能量是守恒的这
9、就是为什么虽然能量是守恒的,我们仍然我们仍然要节约能源的原因。要节约能源的原因。讲授新课讲授新课 在实际工作和生活中在实际工作和生活中,人们把一种能量转人们把一种能量转化为另一种能量总是为了某种目的化为另一种能量总是为了某种目的:用燃气灶烧水用燃气灶烧水,目的是为了把水烧热或烧目的是为了把水烧热或烧开开;并希望烧水时将天燃气燃烧产生的热量完并希望烧水时将天燃气燃烧产生的热量完全传递给水壶中的水。全传递给水壶中的水。使用电梯是为了把人或物体提高到一定的高使用电梯是为了把人或物体提高到一定的高度度;并希望每消耗并希望每消耗1 1千瓦时的电能完全转化成人千瓦时的电能完全转化成人或物体的势能。或物体的
10、势能。能量转化中的效率二讲授新课讲授新课 生活经验告诉我们生活经验告诉我们,这些理想都不可能发生在这些理想都不可能发生在所有的能量利用过程中所有的能量利用过程中,能量损耗不可避免能量损耗不可避免。以天燃气烧一壶水为例以天燃气烧一壶水为例:1.输入能量输入能量 我们把天然气完全燃烧释我们把天然气完全燃烧释放出的化学能称为输入能量。放出的化学能称为输入能量。讲授新课讲授新课3.输出无效能量输出无效能量 把散发到大气、壶体中的那部分能量称为输出把散发到大气、壶体中的那部分能量称为输出无效能量。无效能量。2.输出有效能量输出有效能量 壶水水吸收的那部分能量称为输出有效能量。壶水水吸收的那部分能量称为输
11、出有效能量。讲授新课讲授新课输入能量输入能量=输出有效能量输出有效能量+输出无效能量输出无效能量4.输入能量、输出有效能量和输出无效能量的关系输入能量、输出有效能量和输出无效能量的关系根据能量守恒定律根据能量守恒定律:为了进一步描述这些过程为了进一步描述这些过程,人们定义了能量人们定义了能量的转化效率。的转化效率。讲授新课讲授新课5.能量转化效率能量转化效率即即=,任何情况下任何情况下,1!能量转化效率能量转化效率=输出有效能量输出有效能量输入能量输入能量 其实其实,在所有的能量利用的过程中在所有的能量利用的过程中,都有以都有以上的关系。上的关系。W有有W总总讲授新课讲授新课讨论交流各种效率讨
12、论交流各种效率”在机械与功在机械与功”一章中一章中,我们研究了机械我们研究了机械效率效率,即有用功在总功中所占的比例即有用功在总功中所占的比例;在改在改变世界的热机变世界的热机”一章中一章中,我们又知道了热机的我们又知道了热机的效率效率,即内能转化为有用机械能的效率。这些即内能转化为有用机械能的效率。这些效率效率,跟我们今天学习的能量转化效率跟我们今天学习的能量转化效率”是是一回事吗一回事吗？为什么？为什么？讲授新课讲授新课机械效率定义机械效率定义:有用功在总功中所占的百分比有用功在总功中所占的百分比,叫叫机械效率机械效率,机械效率总小于机械效率总小于1。热机效率热机效率:热机所做有用功有效利
13、用的能量与热机所做有用功有效利用的能量与燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机效率。燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机效率。讲授新课讲授新课热机工作时总是有能量的损失热机工作时总是有能量的损失,所以热机效率始终所以热机效率始终小于小于1。提高能量利用中的转化效率是节能问题的核提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心心,是可持续发展的重要措施之一。是可持续发展的重要措施之一。能量转化效率能量转化效率=输出有效能量输出有效能量输入能量输入能量即都可表示为即都可表示为:讲授新课讲授新课一能量的转化具有方向性涉及了热量,能量的转化和转移是有方向的,无法自发地沿反方向发生,除非我们耗费额外的能量提供帮助。二
14、能量转化中的效率输入能量=输出有效能量+输出无效能量能量转化效率=输出有效能量/输入能量即=W有/W总,任何情况下,RB B.RARBC.RA=RB D.无法确定2如下图的电路中,电源电压保持不变,闭合开关,在保证电路元件安全的前提下,向左移动滑动变阻器的滑片。在移动滑片的过程中,以下说法准确的选项是哪一项：A电流表的示数变大,电压表的示数变大B电流表的示数变小,电压表的示数变大C电流表的示数变小,电压表的示数变小D电流表的示数变大,电压表的示数变小3小海设计了一种测定油箱内油量的模拟装置,如下图,其中电源两端电压保持不变,R0是定值电阻,R是滑动变阻器的电阻片,滑动变阻器的滑片P跟滑杆的一端
15、连接,滑杆可以绕固定轴O转动,另一端固定着一个浮子油箱中的油量减少时,浮子随油面下降,带动滑杆使变阻器的滑片P向上移动,从而引起电流表的示数发生变化以下说法中准确的选项是哪一项：A电流表示数变小时,说明油箱中的油量减少B电流表示数变小时,电阻R0两端电压变大C当油箱中的油量减少时,电流表示数变大D当油箱中的油量减少时,变阻器R连入电路的电阻变小4电阻触摸屏在笔记本电脑及 等设备上已普遍使用,当手指在触摸屏表面施以一定的压力时,触摸屏通过分别识别触摸点的水平与竖直位置,从而确定触摸的位置。以竖直方向为例,触摸屏相当于一根电阻丝,触摸时,触摸点P将电阻丝分为上下两部分,设上部分电阻为R1,下部分电
16、阻为R2,结构可等效为如下图电路,电源电压不变。当触摸点在竖直方向移动时,假设测得R2两端电压增大,那么可知R2阻值以及触摸点P到屏下端的距离将分别A增大 减小B增大 增大C减小 增大D不变 减小5将光敏电阻R、定值电阻R0、电流表、电压表、开关和稳压电源连接成如下图电路,光敏电阻的阻值随着光照强度的增大而减小闭合开关,逐渐增大光照强度,那么电表示数变化情况是AA表和V表示数均变小BA表示数变大,V表示数变小CA表示数变小,V表示数变大DA表和V表示数均变大6某同学在利用一个6V恒压电源、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、阻值为5、10和20的定值电阻及假设干导线探究电流与电阻的关系”实验中,
17、得到如表所示的数据,那么他选用的变阻器的规格可能是 A 5 1.0AB 10 0.5AC 10 1.0AD 20 0.5A实验序号1电阻（）5电流（A）0.80例1:手电筒的小灯泡上标有2.5V 0.3A”,表示加2.5V电压时,通过小灯泡的电流为0.3A,灯泡正常发光。灯泡正常发光时的电阻是多少？电学计算题解题步骤:1根据题意画出电路图;2在图上标出已知量的符号、数值和未知量的符号;3用公式进行计算,格式要完整、规范,并写出必要的说明文字。解:由 得答:灯泡的电阻是8.3UIR2.5V8.30.3AURI（三）欧姆定律的应用:2.用欧姆定律计算电流、电压、电阻例2:加在某一电阻器两端的电压为
18、5V时,通过它的电流是0.5A,那么该电阻器的电阻应是多大？如果两端的电压增加到20V,此时这个电阻器的电阻值是多大？通过它的电流是多大？U2=20 VR=？I2=？I1=0.5 ARU1=5 VI2=2 AU2RR=10 UI5 V0.5 A解:当R两端电压为5V时,由 得R的阻值为:当R两端电压为20V时,通过灯泡的电流为:注意:1.多状态电路问题,解题时先说明计算时电路的状态;2.有多个状态或多个用电器的电路,应注意加下标进行区分相同的物理量,假设有相同的量,用一个符号表示。例3:如下图电路,R110,S闭合,电流表的示数为0.2A,电压表的示数为4V。求:1电源电压;2R2的阻值。22
19、24V=200.2AURI解:1由题知:串联电路中电流I=0.2A,R2两端的电压U24V;由欧姆定律知:R1两端的电压U1=IR1=0.2A102V;由串联电路中的电压关系可知:U源U1+U22V+4V6V2由欧姆定律知:例4:如下图电路中电阻R0与滑动变阻器R串联,当R0两端的电压增大5V时,通过的电流增大了0.5A,那么电阻R0的阻值是多少？05V=100.5AABABUURII3.当一个定值电阻R与一个滑动变阻器串联时,定值电阻的阻值:URI解:当滑片在A点时,电压表、电流表示数分别是UA、IA,当滑片在B点时,电压表、电流表示数分别是UB、IB,由欧姆定律得:UAIAR0,UBIBR
20、0UA UB IA IB R01如下图,在探究串联电路的电压关系实验时,小明先用电压表测量了电阻R1两端的电压为1V,然后保持电压表接A点不动,将接B点的那一段导线改接到电路中的C点,电压表示数为3V已知R15,那么电阻R2两端的电压为_V,通过R2的电流为_A如果他保持电压表接B点不动,将电压表接A点的那段导线改接到电路中的C点,这种接法是错误的,理由是_2如下图甲所示的电路,当闭合开关后两只电压表的指针偏转均如下图乙所示,那么R1两端的电压是_V,R1与R2的电阻之比为_。3在如下图的电路中,闭合开关S,电流表A1、A2的示数之比为I1:I22:1,那么电阻之比为R1:R2_;电流表A1、
21、A3的示数之比为I1:I3_4如下图是电阻A、B的IU图像由图可知:B电阻的阻值是_;将电阻A、B串联后接入电路,当通过A的电流为0.3A时,A和B两端的总电压是_V;将电阻A、B并联后接入某电路,当通过B的电流为0.2A时,A两端的电压是_V5如下图,电源电压恒为6V,R1是定值电阻,A、B是滑动变阻器R2的两端闭合开关,当滑片P在A端时,A的示数为0.6A;当滑片P移到B端时,A的示数为0.2A那么R1和滑动变阻器R2的最大阻值分别是 A10,15B10,20C10,30D30,106如下图,电源两端电压U保持不变,电阻R1的阻值为6,电阻R2的阻值为18。当开关S闭合时,电压表示数为3V
22、。求:1电流表的示数I;2电源两端的电压U。7如下图,电源电压恒定,R130,闭合开关S,断开开关S1,电流表示数是0.3A当闭合S、S1时,发现电流表示数变化了0.2A,求:1电源电压;2R2的阻值是多少？8如下图的电路,电源电压保持不变,定值电阻R1的阻值为20闭合开关,调节滑动变阻器R2的电阻,当滑片P从一端移动到另一端时,电流表的示数变化范围为0.1A0.5A求:1电源电压;2滑动变阻器R2的最大阻值;同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没有失败，相信生命的
23、质量来自决不妥协的信念，有失败，相信生命的质量来自决不妥协的信念，考试加油考试加油!奥利给奥利给结束语结束语期末复习专题五电能与电功率（一）填空题1.(攀枝花中考 )为提倡节能环保,攀枝花市引进大量新能源电动公交车。为新能源公交车充电的导线较粗是为了减小导线的电阻。假设充电过程中充电电流为100 A,充电电压为380 V,那么新能源电动公交车充电2 h消耗的电能为76kWh。2.如下图,R1=5,R2=10,电源电压3 V,那么通电10 s电流通过R1、R2产生的热量之比为1 2。3.(齐齐哈尔中考 )周末,妈妈在家用挂烫机熨烫衣物。善于观察的小华发现,当家里只有挂烫机单独使用时,30 min
24、后电能表示数由 变成了,那么这段时间挂烫机消耗的电能为0.6kWh,挂烫机的实际功率为1200W。4.如下图,阻值为8 的定值电阻与一个6 V3 W”的小灯泡串联后接到10 V的电路中,那么小灯泡的实际功率等于(选填大于”等于”或小于”)3 W。5.LED灯具有节能、环保的特点,一个220 V8.5 W”的LED灯与一个220 V60 W”的白炽灯亮度相当。假设一个220 V8.5 W”的LED灯每天正常工作4 h,30天消耗的电能是1.02度,这些电能可供220 V60 W”的白炽灯正常工作17h。6.如下图,电源电压保持12 V不变,小灯泡标有6 V6 W”,滑动变阻器标有20 2 A”,
25、当开关S闭合,滑动变阻器的滑片P移到中点时,小灯泡的实际功率是3.375W,通电1 min小灯泡消耗的电能202.5J(假设小灯泡的电阻保持不变 )。7.如下图是某电熨斗的原理简图,已知R1 R2=1 9,那么加热时的功率P1与保温时的功率P2之比为10 1。（二）选择题8.有两个额定电压相同的电热水壶甲和乙,甲的额定功率为1800 W,乙的额定功率为1200 W。两个电热水壶都正常工作时,以下说法中准确的选项是哪一项：(B )A.甲电热水壶两端的电压较高B.电流通过甲电热水壶做功较快C.通过两个电热水壶的电流相等D.相同时间内,两个电热水壶消耗的电能一样多9.标有6 V3 W”的小灯泡,通过
26、它的电流与电压的关系如下图。假设把它与电压为4 V的电源相连,小灯泡仍能发光,此时小灯泡消耗的功率为(C )10.两灯L1和L2的规格分别为6 V3 W”和3 V3 W”,忽略灯丝电阻变化,那么以下说法准确的选项是哪一项：(D )A.两灯L1和L2灯丝电阻之比为2 1B.两灯串联,电路两端允许加的最大电压为9 VC.两灯并联,当一盏灯正常发光时,通过另一盏灯的电流为1.0 AD.两灯并联在3 V电压下,灯L1和L2消耗的实际功率之比为1 411.在探究焦耳定律”的实验中,为了找出电流通过导体产生的热量与导体电阻的关系,必须同时保持(A )A.通电时间相等和导体中电流相等B.导体电阻相等和通电时
27、间相等C.导体电阻相等和导体中电流相等D.导体电阻相等、通电时间相等、导体中电流相等12.(深圳中考 )甲图是小灯泡L和电阻R的I-U图像。将小灯泡L和电阻R接入乙图所示电路中,只闭合开关S1时,小灯泡L的实际功率为1 W。以下说法错误的选项是哪一项：(D )A.只闭合开关S1时,小灯泡L的电阻为4 B.再闭合开关S2时,电流表示数增加0.2 AC.再闭合开关S2时,电路总功率为1.4 WD.再闭合开关S2后,在1 min内电阻R产生的热量为240 J13.如下图电路,电源电压不变,小灯泡标有6 V3 W”字样,闭合开关后,当滑片P移至某一位置时,小灯泡恰好正常发光,此时滑动变阻器消耗的功率为
28、P1;当滑片P移至某一端点时,电流表示数为0.3 A,电压表示数变化了3 V,此时滑动变阻器消耗的功率为P2,且P1 P2=5 6。以下判断准确的(B )A.滑动变阻器的最大阻值为10 B.电路允许消耗的最大功率为4.5 WC.小灯泡正常发光时,滑片P位于滑动变阻器中点位置D.滑动变阻器消耗的功率由P1变为P2的过程中,小灯泡消耗的功率变化了0.6 W（三）计算题14.如下图,电源两端电压保持不变,电阻R1的阻值为10。电阻R2的阻值为50。闭合开关S,电阻R2两端的电压为10 V。求:(1 )电阻R1两端的电压;(2 )电阻R2消耗的电功率。15.如下图甲是李红家新购的一款迷你型家用电吹风,
29、图乙是它的电路原理图,其主要参数如下表。该电吹风工作时通过手推开关条改变电路的工作状态,图乙中开关处于吹热风状态。求:(1 )吹冷风时,通过电动机的电流是多大?(2 )吹热风时,电热丝工作时的电阻是多大?(3 )李红洗头后,用电吹风吹干头发时,先用热风挡吹了10 min,再用冷风挡吹了5 min,那么一共消耗了多少电能?同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没有失败，相信生命的质量来自决不妥协的信念，有失败，相信生命的质量来自决不妥协的信念，考试加油考试加油!奥利给奥利给结束语结束语
