12.1电路中的能量转化(课件)高中物理（人教版2019）

第十二章电能

能量守恒定律12.1电路中的能量转化人教版（2019）授课人：点石成金目录contents电功和电功率0102焦耳定律03电路中的能量转化04典例分析新课导入思考：以下电器在工作时，是将什么能转化为什么能？电炉电动机蓄电池充电电能转化为热能电能转化为机械能电能转化为化学能功是能量转化的量度，电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。初中时，我们知道电动机通电时把电能转化为机械能；电热水壶通电时，电能转化为内能；手机电池充电把电能转化成化学能；温故知新UI+-E思考2：这相当在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？q=It思考1：在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？

W=qU=UIt思考3：该公式用语言如何表述？思考：如何计算电流做的功呢？想一想电功和电功率01（1）定义：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。(在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功。)（3）国际制单位：焦耳，简称焦，符号是J。常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J（2）定义式：W＝UIt1适用于任何电路适用于纯电阻电路W变形式：电功（W）(4)实质:导体中的恒定电场对自由电荷的_______在做功。(5)意义:电流做功的过程是________转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。即电功是_________转化为其他形式的能的量度。电功率（P）（2）意义：电功率表示电流做功的快慢。（3）单位：在国际单位制中是瓦（W）

常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。（一段电路上的电功率P

等于这段电路两端的电压U

和电路中电流

I

的乘积）1

kW＝103

W＝106

mW=

10─3

MW适用于任何电路适用于纯电阻电路P变形式：（4）用电器的额定功率和实际功率①额定功率：用电器长期正常工作时的____________，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率）②实际功率：用电器____________时消耗的电功率。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率。最大功率

实际工作

电流（静电力）做功时，消耗的是电能。但电能转化为那种形式的能呢？电能转化为热能。

电能转化为机械能和热能取暖器通电后，取暖器丝热得发红，而与取暖器丝相连的导线却不怎么热，为什么？因为取暖器丝电阻非常大。电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢?假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？

想一想理论探究：这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。

设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为：U=IR在时间t内电场力对电阻元件所做的功为：W=IUt=I2Rt由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q所以产生的热量为：Q=I2Rt焦耳（JamesPrescottJoule，

1818—1889），英国物理学家。用

近40年的时间做了400多次实验，

研究热和功的关系。通过大量的实

验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。焦耳说明：焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。实验探究实验演示焦耳定律02这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。（1）内容：电流通过导体时产生的热量Q（电热）

等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积，即：3适用于任何电路★电流热效应的实质：电能通过电流做功转化为内能（热能）。变形式：Q适用于纯电阻电路★电流热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。焦耳定律（2）热功率P热

：一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。变形式：P=UI适用于任何电路适用于纯电阻电路一、电功率与热功率1.区别

电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积。

热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。2.联系

对纯电阻电路，电功率等于热功率。

对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和。思考辨析×√×√×电路中的能量转化03

思考：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？这种电路又有何特点？

如果电路中有电动机或者正在充电的电池，那么电能除了转化为内能之外，还转化为机械能和化学能。问题与思考只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件;

电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转化为内能和其它形式的能。纯电阻电路：非纯电阻电路：认识两种电路纯电阻电路:

电能→

内能QI2Rt

WIUt=I=U/R非纯电阻电路:电能→内能和其它形式的能WW其+QIUt

I2RtI＜U/R说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路！＞指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!指转化为内能的那部分电能!RM两种电路对比分析纯电阻电路:非纯电阻电路:I=U/R电功=电热:W=UIt==I2RtU2t/R电功率=热功率：P=UI=U2/R=I2R=P热

I＜U/R电功：W=UIt电热：Q=I2Rt电功率：P=UI热功率：P热=I2RRM=Q关于电动机的问题具体该如何处理呢？两种电路对比分析电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。电动机问题(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的______。(2)非纯电阻电路：含有_________或___________的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为__________或_______。(3)电热电动机电解槽机械能化学能4纯电阻电路中：非纯电阻电路中：电纯电阻和非纯电阻电路含电动机电路的分析1.电动机的功率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，(3)电动机的输出功率（机械功率）P入＝P总＝UI.P热＝I2r.三者关系为：UI＝I2r＋P机

P出=P机＝UI－I2r【例1】家庭用的电吹风中，设电动机线圈的电阻为R1，它与电阻为R2的电热丝相串联，接到交流电源上．电吹风两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，如图所示，以下结论中正确的是（）A.P＞IU

B.P＝I2(R1＋R2)C.P＝IU

D.P＞I2(R1＋R2)CD【例2】关于三个公式P=UI，P=I2R，P=，以下说法正确的是（）A.第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率B.纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率C.在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义U=IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率BC例1.一个电动机，线圈电阻是0.4

，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少?答案：6.5×104J解:据能量守恒定律得:IUt=I2Rt+W故电动机每分钟所做的机械功为:W=(IU-I2R)t=(5×22052×0.4)×60J=6.5×104J。【例3】微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1Ω，当加在它两端的电压为2.0V时，电流为0.8A，且能正常工作。求：（1）它的额定输入功率多大？（2）工作时由导线发热损失的功率多大？（3）它的最大输出功率多大？解析：电动机正常工作时是非纯电阻电路（1）额定输入功率P额＝UI＝2×0.8W＝1.6W（2）电动机发热功率P热＝I2R＝(0.8)2×1W＝0.64W（3）根据能的转化与守恒，电动机的最大输出功率P出＝P额－P热＝0.96W答案：(1)1.6W(2)0.64W(3)0.96W【例6】如图所示的电路中，电炉电阻R＝10Ω，电动机线圈的电阻r＝1Ω，电路两端电压U＝100V，电流表的示数为30A，问通过电动机的电流强度为多少？通电一分钟，电动机做的有用功为多少？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？(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？(3)10s内电动机可以把重物匀速提升多高？(4)这台电动机的机械效率是多少？案例解析：电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源获取的功率一部分转化为线圈的热功率，另一部分转化为电动机的机械功率。(1)电动机线圈上消耗的热功率为P热＝I2r＝1W。(2)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机械功的功率，根据P入＝P出＋P热得P出＝P入－P热＝5W－1W＝4W。1.电功和电功率W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路2.电热和热功率Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率3.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做功将部分电能转化为内能，剩余部分转化为机械能或化学能等其他形式的能。【归纳总结】4.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较★电功与电热的计算公式比较特别提醒：不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。5纯电阻电路中的功率分配及计算3．结论：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。特别提醒：(1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比关系还是反比关系。(2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。【例4】不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V

40W”的灯泡，下列说法正确的是(

)A.接在110V的电路中时的功率为20WB.接在110V的电路中时的功率为10WC.接在440V的电路中时的功率为160WD.接在220V的电路中时的功率为40WBD(2019·广东省惠州市高二上学期期末)额定电压都是110V，额定功率PA＝100W，PB＝40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个(

)C

典例2解题指导：两盏电灯均能正常发光，则必须都达到额定电压，电路消耗功率最小则电灯正常发光情况下滑动变阻器消耗功率最小。对于B电路，由于RB>RA，A灯又并联变阻器，并联电阻要小于RB，所以UB>U并，B灯烧毁。对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110，所以C电路消耗电功率最小。A

1．电热的利用利用电热孵化