电路中的能量转化【典例精析+知识精讲】 高二物理备课精研课件 （2019人教版必修第三册）

12.1电路中的能量转化第十二章电能能量守恒定律现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？一、电功和电功率电炉通电时电能转化为内能电动机通电时电能转化为机械能蓄电池充电时电能转化为化学能电能用电器其他形式能一、电功和电功率1、电流做功的实质电场线向右电子定向移动方向向左

自由电子受电场力向左电场力做正功一、电功和电功率q=ItW=UItW=qU量性：标量单位：焦耳（J）

单位换算：1kW·h=3.6×106J测量方法：电能表公式W=UIt

适用于所有的电路电荷的电势能减少

其他形式能增加2、电功的表达式1、电流做功的实质

静电力对自由电荷做正功一、电功和电功率这个公式表示，电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压和电流的乘积。

电功率物理意义：描述电流做功的快慢电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫做电功率3、电功率单位—瓦特（W）电炖锅上有两个档位，分别是快炖和慢炖，这两个档位的本质区别是电功率不同。解析：【例题1】一根电阻丝在t时间内通过2C的电量时，消耗电能是8J。若在t时间内通过该电阻丝4C的电量时，该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在t时间内消耗的电能E分别为（）

A．U=4V

B．U=8VC．E=16J

D．E=3J根据W=qU，又因为W=E有：U′=2U=2×4V=8VE=q′U′=4C×8V=32J

BD二、焦耳定律通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通电时间为t，推导电热水器产生的热量表达式。焦耳定律1、电热Q=I2Rt电流通过电热水壶中的电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能；即电流在这段电路中的功W等于这段电路中产生的热量Q，所以：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。W=QW=UIt

Q=I2Rt二、焦耳定律焦耳定律最初是实验发现的在理论推导焦耳定律时，电功全部转化为电热，即：W=Q；但是实际中，有些电路电能不一定全部转化为电热。若只求电热时，例如，要计算电流通过某一电路时放出热量的多少，都可以使用焦耳定律。焦耳它适用于任何导体，范围很广，所有的电路都能使用。1、电热焦耳定律Q=I2Rt二、焦耳定律由于W=Q，所以此时的电热功率单位：瓦(W)千瓦(kW)2、电热功率将Q=I2Rt代入，得到电流通过导体发热的功率在推导P热=I2R的过程中，我们同样用到了W=Q这个条件，它要求电流做的功“全部变成热”，其中的电功率P热是指电流通过导体发热的功率。P热=I2R同焦耳定律一样，若只求解电流通过导体发热的功率时，对所有的电路都能使用。

P热=I2R三、电路中的能量转化电吹风机消耗电能和产生热量相等吗？1、电功和热量电流所做的总功电吹风机消耗的总电能电功焦耳定律

只是电能转化为内能的那部分能量2、电功率和热功率电流做功的功率电功率热功率

电热水器

P=P热电吹风机P≠P热电流发热的功率机械能内能电能消耗电能大于产生热量电功率大于热功率像吹风机这样包含电动机的用电器Q=I2Rt如图，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?实验探究:电动机工作时能量转化情况电流表电压表实验探究:电动机工作时能量转化情况观察电动机转动和不转动两种情况下，电压表示数相同时，电流大小关系。实验探究:电动机工作时能量转化情况观察电动机转动和不转动两种情况下，电压表示数相同时，电流大小关系。电动机通电转动电动机卡住不转动电流表电流表电动机状态电压表示数U/V电流表示数I/A电功率P电/W热功率P热/W电阻R/Ω转动卡住不转动实验探究:电动机工作时能量转化情况19192.02.00.0200.0980.04000.19600.00760.182510020.4

实验结论：电动机转动时，欧姆定律对电动机整体不成立。

实验探究:电动机工作时能量转化情况三、电路中的能量转化纯电阻电路

非纯电阻电路欧姆定律适用的电路欧姆定律不适用的电路电能

→

内能电能

→

内能+其它形式的能

QI2Rt

WUIt=P电=P热+P其它P电=P热W电W其它Q+一台电动机，线圈的电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？P电=P机+P热P电=UI=220×5W=1100WP热=I2R=52×0.4W=10WP机=P电－P热=1100W－10W=1090W解：电功电功率电热电热功率定义式物理意义联系电能转化为其他形式能量的总和电能转化为其他形式能量的快慢电能转化为内能的多少电能转化为内能的快慢电能只向内能转化时，电功与电热相等，电功率与电热功率相等.W=UItP=IUQ=I2RtP=I2R【例题2】有额定电压都是110V，额定功率PA＝100W，PB＝40W的两盏电灯，若接在电压是220V的电路上，两盏电灯均能正常发光，且消耗功率最小的电路是(

)解析：若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110V，对A电路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110V，B灯将被烧坏；对B电路，UB＞U并，B灯将被烧坏；对C电路，RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以UA可能等于UB，等于110V，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200W；对D电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，有UA＝UB＝U并＝110V，两灯正常发光，且电路中消耗总功率为280W．综上可知，C正确．C【例题3】在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和1.0V；重新调节R使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．解析：

1、两个灯泡分别标有“6V

3W”和“6V

4W”的字样，将这两个灯泡串联或并联后接入电源．为了保证电路安全工作，并假定灯泡电阻恒定，两种情况下两灯泡的总功率最大可以达到(

)A．串联时5.25W，并联时5.25WB．串联时5.25W，并联时7WC．串联时7W，并联时5.25WD．串联时7W，并联时7W

B2、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U=110V，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I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m/s2）。vU=110VP电=P热+P机其中机械功率：P机=mgv=50×10×0.9=450瓦电功率：P电=UI=110×5=550瓦∴P热=P电-P机=5