【物理】电路中的能量转化 2023-2024学年高二上人教版（2019）必修第三册.pptx

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1、第十二章 电能 能量守恒定律普通高中教科书必修第三册1.电路中的能量转化 物理回顾知识点：1、什么叫力的做功？2、静电力做功计算公式？3、功率？回顾知识点：1、如果某一物体受到力的作用，并且在力的方向上发生一段位移，我们可以说这个力对物体做功了。功分为正功和负功，还有不做功。2、3、力的做功与所用的时间的比值来描述，做功的快慢程度叫做功率。新知导入现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？电热水壶通电时，电能转化为内能电动机通电时，电能转化为机械能新知导入做功是能量转化的量度，那么，你知道电能转化为其他形式的能，是通过什么做功来实现的吗？蓄电池充电

2、时，电能转化为化学能。新知讲解一、电功和电功率1.电功（1）做功是能量转化的量度，所以，电能转化为其他形式的能，是通过电流做功（通电流）来实现的。电流在一段电路中所做的功叫做电功。（2）电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做功。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，其他形式的能增加。新知讲解（3）试推导电功的表达式qqU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，电荷从左向右定向移动，你能表示出t这段时间内静电力做的功吗？解：这段时间内通过这段电路任一截面的电荷量为q It静电力做的功就是WUq UIt新知讲解电功的定义式：W=IU

3、t上式表示电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压 U、电路中的电流 I、通电时间 t 三者的乘积。注意：公式适用于一切电路；U、I对应同一段电路。单位：焦(J)千瓦时(kWh).1kWh3.6106J电功是电能转化为其他形式能的量度。（电能减少，其他形式的能量增加）新知讲解2.电功率（1）电流在一段电路中所做的功与通电时间之比值叫作电功率，用 P 表示。（2）电功率公式：P UI电流在一段电路中做功的功率 P 等于这段电路两端的电压 U 与电流 I 的乘积。（3）单位：瓦特（W）、千瓦（kw）新知讲解二、焦耳定律我们知道能量在相互转化或转移的过程中是守恒的，下面我们应用能量守恒定律分

4、析电路中的能量转化问题。思考：电流通过电热水器中的电热元件做功时，电路中的能量发生了怎样转化？新知讲解电路中的电能全部转化为导体的内能（热能），所以电流在这段电路中做的功 W UIt，等于这段电路产生的热量 Q。即：Q W=UIt （1）由欧姆定律 U IR （2）由（1）、（2）可得热量 Q 的表达式 Q I2 Rt新知讲解1.焦耳定律（电流的热效应）（1）Q=I2Rt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。这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律（实验定律）（2）单位：I安培，R欧姆，t秒，Q焦耳 2.焦耳定律适条件：纯电阻电路

5、（最简单的纯电阻电路是通电的电学原件都是电阻的电路）新知讲解3.纯电阻电路和非纯电阻电路（1）纯电阻电路：电能完全转化为内能。例如白炽灯、电炉、电烙铁等。（2）非纯电阻电路：除电阻外还包括能把电能转化为其它形式的能的用电器例如：电动机、电解槽、电风扇等。4.电流发热的功率（1）单位时间内的发热量:新知讲解（2）公式：热功率P等于通电导体中电流 I 的二次方与导体电阻R 的乘积。3.单位：瓦特(W)千瓦特(kW)。说明（1）纯电阻电路中电功等于热功（焦耳热或电热）；电功率等于热功率 W=UIt=I2 Rt P=UI=（2）非纯电阻电路中电功大于电热；电功率大于热功率。新知讲解三、电路中的能量转化

6、焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的纯电阻电路的情况，如果是非纯电阻电路，那么它的能量又是如何转化的呢？下面我们以下面我们以电动机为例，讨论一下电路中的能量转化。新知讲解当电动机接上电源后，会带动风扇转动，从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，所以这一过程涉及的功率有：P机和P损它们之间满足：P 电 P 机 P 损思考与讨论1:当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？思考讨论2：假设有一台电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I，电动机线圈的电阻为R，你能用已知量表示出电动机消耗的电功率P电 和线圈

7、消耗的热功率P热吗？参考答案：电动机消耗的电功率P电 UI电动机刚停止工作时，我们发现外壳是热的，说明工作时有电能转化为内能，则线圈消耗的热功率P热=I2R。新知讲解思考讨论3：电动机损失的内能和线圈发热产生的热能之间有什么关系？P损 与P热之间的关系呢？参考答案：电动机损失的内能包括转子与轴承之间的摩擦发热产生的能量损失，空气阻力损失的能量，线圈发热产生的能量损失，严格来说损失的能量大于线圈发热产生的热能。不过主要的能量损失为线圈发热产生的热能。一般情况下认为P损与P热是相等的。新知讲解新知讲解例题:一台电动机，线圈的电阻是 0.4，当它两端所加的电压为 220 V 时，通过的电流是 5 A

8、。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率 P电、电动机发热的功率P热 和对外做功转化为机械能的功率 P机。三者之间遵从能量守恒定律，即:P 电 P 机 P 热新知讲解解:由焦耳定律可知，电动机发热的功率为P 热 I2R 52 0.4W 10W电动机消耗的电功率为P电 UI 2205 W 1 100 W根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为P 机 P 电 P 热 1 100 W 10 W 1090 W这台电动机发热的功率为 10 W，对外做功的功率为 1090 W。课堂练习1下列用电器中，不是根据电流的热效应制成的是（）A电热毯 B电熨斗

9、C电话 D电热水器 C课堂练习2.一个定值电阻R，当其两端的电压为U时，它在t时间内产生的热量为Q；当其两端的电压为2U时，它在2t时间内产生的热量为（）A2Q B4Q C6Q D8QD课堂练习3.电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不太热，原因是（）A通过电炉丝的电流大，而导线电流小 B电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以不热 C铜导线的电阻比电炉丝小得多，在串联的情况下铜导线的发热量小 D电炉丝的两端电压比铜导线两端的电压小得多 C课堂练习4某电阻的阻值为5，通过的电流为2A，则它在10s的时间内产生的热量为（）A100J B200J C20J D2J B拓展提

10、高1.如图所示，R1=6，R2=3，R3=4，左右两端接入电路后，关于这三只电阻的判断正确的是（）A电流之比是I1：I2：I3=4：3：6 B电压之比是U1：U2：U3=1：1：2 C功率之比是P1：P2：P3=4：3：6 D相同时间内产生热量之比Q1：Q2：Q3=6：3：4 BR1R2R3拓展提高2.两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中，A的长度为L，直径为d；B的长度为2L，直径为2d，那么通电后，A、B在相同的时间内产生的热量之比为（）AQA：QB=2：1 BQA：QB=1：1 CQA：QB=1：2 DQA：QB=4：1 A拓展提高3通过电阻R的电流强度为I时，在t时间内产生

11、的热量为Q，若电阻为2R，电流强度为I/2，则在时间t内产生的热量为（）AQ/2 B2Q C4Q DQ/4 A课堂总结1.电功的定义式：W=IUt2.电功率公式：P UI3.焦耳定律：Q=I2Rt焦耳定律适条件：纯电阻电路4.电流发热的功率：P=I2R 5.从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。板书设计一、电功和电功率1.电功的定义式：W=IUt2.电功率公式：P UI二、焦耳定律1.Q=I2Rt（2）单位：I安培，R欧姆，t秒，Q焦耳 2.焦耳定律适条件：纯电阻电路板书设计3.电流发热的功率：P=I2R三、电路中的能量转化从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。作业布置