【课件】电路中的能量转化+课件高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十二章电能能量守恒定律电路中的能量转化理解电功、电功率、焦耳定律、热功率的概念，知道它们的区别与联系。知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种电路的能量转化关系。重点重难点现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是通过什么途径转化的吗?通过电流做功来实现，即导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。电功和电功率如图表示一段电路，电荷定向移动经过这段电路所用的时间记为t。电功和电功率注意单位：W(J)＝U(V)I(A)t(s)

q

＝It如果这段电路两端的电势差是U，静电力做的功就是W＝Uq＝UIt电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率(electricpower),用P表示注意单位：P

(W)＝U(V)I(A)由P＝

P＝UI1.电功(1)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功.(2)公式：W＝UIt.(3)国际单位：焦耳，符号为J.(4)意义：电功是电能转化为其他形式的能的量度，即电功是多少就有多少电能转化为其他形式的能.2.电功率(1)含义：单位时间内电流所做的功.(2)公式：P＝

＝UI.这个公式表示，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，符号：W.(4)物理意义：表示电流做功的快慢.(1)电功率越大，表示电流做功越多。(

)(2)由公式P＝

可知，时间越短，功率越大。(

)××我们常说的月耗电量为100度，其中“度”

表示什么物理意义？100度是多少焦耳？“度”是能量单位，1度＝1kW·h＝3.6×106J100度＝100×3.6×106J＝3.6×108J。1.A、B两灯的额定电压都是110V，A灯的额定功率PA＝100W，B灯的额定功率PB＝40W，若将两灯同时接入电压恒为220V的电路中，且使两灯均能正常发光，同学们设计了如图甲、乙所示的两种电路，则甲、乙两电路消耗的电功率之比为A.2∶7 B.2∶5C.5∶7 D.3∶7√由于A、B两灯的额定电压都是110V，额定功率PA＝100W、PB＝40W，由此可知RB>RA，甲电路中，把B灯与滑动变阻器并联，可以使并联部分的电阻减小，当A灯与并联部分的总电阻相同时，A、B能同时正常发光，并联电路消耗的功率与A灯的功率相同，所以甲电路消耗的总功率为200W；乙电路中，把A、B两灯并联之后与滑动变阻器串联接入电路，当滑动变阻器的阻值与A、B两灯并联的总电阻相等时，A、B就可以正常发光，此时滑动变阻器消耗的功率为A、B两灯功率之和，所以乙电路消耗的总功率为280W，由此可知，甲、乙两电路消耗的电功率之比为5∶7，故选C。无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率都等于各部分消耗的功率之和。焦耳定律初中我们就学过，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析电路中的能量转化问题。电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能。设热水器两端电压为U，电流为I，通电时间为t，能产生多生热量？电流在这段电路中做的功W等于这段电路产生的热量Q，即Q=W=IUt由欧姆定律U=IR，得热量Q的表达式Q＝I2Rt3.焦耳定律(1)内容：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.(2)表达式Q＝I2Rt.4.热功率P热＝I2R.焦耳定律和热功率电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却不怎么热，为什么？根据焦耳定律Q＝I2Rt，烙铁头的电阻大，导线的电阻很小，所以烙铁头产生的热量大，温度高于导线的温度。2.一个阻值为1Ω的电阻，通过它的电流为2A，则下列说法正确的是A.1s内通过该电阻的电荷量为1CB.该电阻1s内产生的热量为2JC.该电阻1s内产生的热量为4JD.该电阻的热功率为2W√该电阻1s内产生的热量为Q＝I2Rt＝4J，B错误，C正确；P＝I2R＝4W，D错误。3.(2022·长安一中高二期中)电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中错误的是√电路中的能量转化焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的情况，但是实际中有些电路除含有电阻外还含有其他负载，如电动机.下面我们以电动机为例，讨论其能量转化.没有，不成立.因为电能只有部分转化为机械能，另一部分转化为内能。1.电流通过电动机做功，将电能全部转化成机械能了吗？即“P机＝P电”成立吗？为什么？2.若电路中的电流为I，电动机线圈的电阻为R，则P热等于什么？P热＝I2R.P电＝P机＋P热.3.电功率、热功率和转化为机械能的功率三者什么关系？纯电阻:电能

→

内能非纯电阻:电能

→

内能

+

其它形式的能Q=I2RtW=UIt=WW-QQUItI2Rt＞电功率=热功率：P=P热

=UI=I2R电功率：P=UI热功率：P热=I2R其它形式功率：P其它=UI-I2R说明：欧姆定律适用于纯电阻！注意：欧姆定律不适用于非纯电阻！RM(1)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。(

)(2)任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，且W＝Q。(

)(3)电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用。(

)(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈电阻产生的电热。(

)×√×√4.如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1Ω，电动机两端电压为5V，电路中的电流为1A，物体A重20N。忽略一切摩擦，求：(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？电动机线圈上消耗的热功率为P热＝I2r＝1W。答案1W(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即P入＝UI＝5×1W＝5W电动机的输出功率就是电动机对外做功的功率，根据P入＝P出＋P热得P出＝P入－P热＝5W－1W＝4W。答案5W

4W(3)10s内电动机可以把物体A匀速提升多高？设物体A的重力为G，t＝10s内物体A上升的高度为h，根据能量守恒得P出t＝Gh答案2m(4)这台电动机的效率是多少？答案80%5.(2022·行唐启明中学月考)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12V，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5A，且电动机的电阻rM＝1Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4A，且电解槽电阻rA＝2Ω。求：(1)电炉丝的电阻及发热功率；答案2Ω

72W当S1闭合，S2、S3断开时，电炉子接入电路。电炉丝为纯电阻元件，由欧姆定律得电炉丝的电阻电炉丝发热功率P＝UI1＝12×6W＝72W(2)电动机的机械效率；电动机为非纯电阻元件，由能量守恒，有I2U＝I22rM＋P输出答案58.3%(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒知P化学＝I3U－I32rA代入数据解得P化学＝(4×12－42×2)W＝16W。答案16W纯电阻电路与非纯电阻电路的比较比较项目纯电阻电路非纯电阻电路元