电路中能量的转化课件 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.pptx

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1、1.21.2电路中能量的转化电路中能量的转化课本前言：课本前言：电热水壶通电热水壶通电时，电能电时，电能转化为内能转化为内能电动机通电电动机通电时，电能转时，电能转化为机械能化为机械能蓄电池充电时，电蓄电池充电时，电能转化为化学能。能转化为化学能。我们知道能量的转化是通过做功来实现的，我们知道能量的转化是通过做功来实现的，那么电能转化为其他形式的能的过程，是通过什那么电能转化为其他形式的能的过程，是通过什么做功来实现的呢？么做功来实现的呢？通过电流做功通过电流做功电功电功一一.电流做功的认识电流做功的认识问题：问题：如图表示一段电路，这段电路两端的电势差是 U，电路中的电流为 I，电荷从左向右

2、定向移动，请推导出时间t内恒定电场力对电荷所做的功。一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压两端加一定的电压U，自由电荷，自由电荷定向移定向移动的速率为动的速率为v，设导体的，设导体的横截面积为横截面积为s，导体导体单位体积内的自由电荷单位体积内的自由电荷数为数为n，每个自由，每个自由电荷量为电荷量为q。(3)电场对单个自由电荷做功为电场对单个自由电荷做功为W=Eqx=Eqvt(4)该段导体自由电荷数目为该段导体自由电荷数目为N=nSl(5)t时间内电场对全部自由电荷做功时间内电场对全部自由电荷做功W总总=NW=nSlEqvt=nSqvUt=IUtSU l-vtv(2)

3、t时间内时间内自由电荷自由电荷运动位移运动位移x=vt(一一)电功电功W：电流通过电路时所做的功。电流通过电路时所做的功。二二.电功和电功率电功和电功率1.实质：实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，电荷的电势能减少，其他形式的能增加。其他形式的能增加。电功是电能转化为其他形式能的量度电功是电能转化为其他形式能的量度。2.定义式定义式:W=UIt 电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压压 U

4、 U、电路中的电流、电路中的电流 I I、通电时间、通电时间 t t 三者的乘积三者的乘积适用范围：任何电路适用范围：任何电路3.电功的单位：电功的单位：焦焦(J)千瓦时千瓦时(kWh)1kWh J3.6106(二二)电功率电功率P：表示电流做功的快慢：表示电流做功的快慢1.1.定义：定义：单位时间内电流所做的功单位时间内电流所做的功3.3.单位：瓦单位：瓦（W）常用单位：千瓦常用单位：千瓦（kW）2.2.公式：公式：适用范围：任何电路适用范围：任何电路实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率。实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率。额额定定功功率率：用用电电器器长长期期正正常常工工作作时时最最

5、大大功功率率，也也就就是是用用电电器器工工作作在在额额定定电电压压下的下的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率）电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率）4.4.额定功率和实际功率额定功率和实际功率注：注：为了保证用电器不被损坏，为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功要求实际功率不能大于其额定功率。率。电流通过电路做功时，电能会转化为哪种形式的能量，电流通过电路做功时，电能会转化为哪种形式的能量，要看电路中有哪种类型的用电器。要看电路中有哪种类型的用电器。其中，电能转化为内能是最普遍的现象。其中，电能转化为内能是最普遍的现象。例：例：电流通过电热水器中的电热元件做功时

6、，电能全部转化为内能。电流通过导体时发热是一种普遍的现象，称为电流的热效应。（二）焦耳定律（二）焦耳定律 1.表达式：表达式：Q=I2Rt（一）电流的热效应：（一）电流的热效应：电流通过导体时发热的现象。电流通过导体时发热的现象。三三.电热和热功率电热和热功率电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比跟导体的电阻及通电时间成正比这个关系式最初是由焦耳通过实这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它验直接得到的，物理学中就把它叫作叫作焦耳定律焦耳定律,是实验定律是实验定律适用范围：计算任何电路导体的发热适用范

7、围：计算任何电路导体的发热2.2.实验演示实验演示公式公式（三）热功率（三）热功率P：一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。P热热=I2 R P=UI（一切电流做功的功率）（一切电流做功的功率）总功率总功率（专指电流做功（专指电流做功用来发热的功率）用来发热的功率）热功率热功率功率比较：功率比较：纯纯“发热发热”元件（纯电阻）的电功和电热元件（纯电阻）的电功和电热此时，电路中的电能全部转化为导体的内能，即电流在这段电路中做的功 W 等于这段电路产生的热量 Q。对纯发热元件，即纯电阻电路中：U IR 注意：不能误认为注意：不能误认为Q I2 Rt 是由是由

8、W=UIt 推导出来的。推导出来的。W=UItQ=I2 Rt 可得 W=Q思考：思考：纯电阻电路中电能会完全转化为内能，如果是非纯电阻纯电阻电路中电能会完全转化为内能，如果是非纯电阻电路，能量又是如何转化的呢？电路，能量又是如何转化的呢？（一）纯电阻电路：（一）纯电阻电路：只含有电阻的电路，如电炉、电烙铁、白炽灯等。只含有电阻的电路，如电炉、电烙铁、白炽灯等。特点：特点：电能全部转化为内能。电能全部转化为内能。四四四四.电路中的能量转化电路中的能量转化电路中的能量转化电路中的能量转化W=Q（二）非纯电阻电路：（二）非纯电阻电路：电路中含有电动机或有电解槽的电路电路中含有电动机或有电解槽的电路

9、特点：特点：电能只有一部分转化为内能电能只有一部分转化为内能W=Q+E其它其它UIt I2Rt UIR非纯电阻电路，非纯电阻电路，欧姆定律不成立。欧姆定律不成立。1.1.电动机的功率电动机的功率 输入功率：电动机消耗的总功率 发热功率：线圈上电阻r的发热功率 输出功率：即机械功率P入入 P总总 UIP热热I 2r 三者关系为：三者关系为：P入入P热热P出出 P出出 UII 2r=P机机（三）（三）含电动机电路的分析含电动机电路的分析2.2.电动机的效率电动机的效率【练习练习】甲、乙两灯分别标有甲、乙两灯分别标有“6V3W”和和“6V6W”字样，先将两灯串字样，先将两灯串联后接在电压为联后接在电

10、压为U的电路中，甲灯的功率为的电路中，甲灯的功率为P1；再将两灯并联后接在同一；再将两灯并联后接在同一电压下，乙灯的功率为电压下，乙灯的功率为P2。两次灯泡均安全，忽略温度对灯丝电阻的影。两次灯泡均安全，忽略温度对灯丝电阻的影响，则响，则P1 P2为（）为（）A9 2B2 9C4 9D1 9【练习练习】某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动，求电动机线圈电阻机线圈电阻R（g=10m/s2）。）。vU=110V