电路中的能量转化课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

新人教版必修三第十二章电能能量守恒定律第1节电路中的能量转化

这一章我们研究的是电路中的能量时怎样转化的？用能量守恒定律推导出的闭合电路的规律是怎样的？自然界存在哪些能源？能源的利用与可持续发展有着怎样的关系？

人类的活动里离不开能量。大量的事例说明，自发的能量转移或转化过程具有方向性。再能源的利用过程中，能量虽然是守恒的，但是可以利用的品质降低了。为了人类的可持续发展，需要我们节约和保护环境。新课引入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？学习任务一：电功和电功率电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。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；学习任务一：电功和电功率W=qUq=It（1）定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。（2）表达式：W=UIt适用一切电路

电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。（3）国际制单位：焦耳，符号是J。常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J1.电功学习任务一：电功和电功率不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？2.电功率（1）定义：单位时间内电流所做的功（2）表达式：（3）标量,国际单位：瓦W意义比值定义法适用一切电路几种常见家用电器的额定功率用电路29寸彩电电熨斗电冰箱微波炉台灯额定电压（V）220220220220220额定功率（W）～150300～800100～150800～120040～60用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率．用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率．拓展3.额定功率和实际功率：全部将电能转化成内能，没有转化其他能量。根据不同的用电器可知，电能转化为不同形式的能。这些用电器消耗电能的方式主要是依靠电阻把电能转化为内能，学习任务二：焦耳定律若想求解用电器在导体通电时产生了多少热量，该如何计算1.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学习任务二：焦耳定律学习任务二：焦耳定律2.实验演示(1)．内容：电流通过导体时产生的热量Q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．(3).适用范围：适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路．纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁、白炽灯等。非纯电阻电路：电路中含有电动机或有电解槽的电路．

3.焦耳定律(2)．表达式：Q＝I2Rt.学习任务二：焦耳定律学习任务二：焦耳定律(1)单位时间内导体的发热量叫做热功率;(2)热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。P热=I2R

P=UI（一切电流做功的功率）总功率（专指电流发热的功率）热功率4.热功率：学习任务三：电路中的能量转化

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？思考讨论：

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。(1).纯电阻电路：只含电阻、热得快、白炽灯、电炉、被卡住的电动机等元件的电路。电流做功特点：电能全部转化为导体的内能。电功W等于热功Q。R电功电热（内能）100%1.纯电阻电路与非纯电阻电路学习任务三电路中的能量转化(2).非纯电阻电路：含电动机、电风扇、电解槽、正在充电的电池等元件的电路。电流做功特点：电能除了转化为内能之外，还转化为机械能或化学能。电功W大于热功Q。M电功电热（内能）部分部分其它能(机械能功化学能)学习任务三：电路中的能量转化学习任务三：电路中的能量转化2.含电动机电路的分析(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？解由焦耳定律可知，电动机发热的功率为电动机消耗的电功率为电动机消耗的电功率为这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为1090W。例题电动机正常工作时，属于非纯电阻电路。当电动机被卡住时，因无法对外做功，电能全转化为热能，相当于纯电阻电路。强化提升当堂达标检测1．试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？【详解】(1)串联电路中电流处处相等，即根据电功率公式可得则串联电路中即串联电路中各导体消耗的电功率与它们的电阻成正比。(2)并联电路中电压处处相等，即根据电功率公式可得则并联电路中即并联电路中各导体消耗的电功率与它们的电阻成反比。当堂达标检测2．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干后的保温状态，如图所示是电饭锅的电路图，R1是一个电阻，R2是加热用的电阻丝。(1)自动开关K接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？(2)要使R2在保温状态下的功率是加热状态时的一半，R1：R2应该是多大？当堂达标检测【详解】(1)自动开关K接通时，R1被短路，电路中只有加热用的电阻丝R2接入电路，由电功率公式可知，电阻丝R2的功率大，电饭锅处于加热状态；K断开时，R1与R2串联，电路中电阻变大，电热丝R2两端电压减小，电功率变小，电饭锅处于保温状态。(2)电饭锅加热时，R2的功率为保温时，R2的功率为要使R2在保温状态下的功率是加热状态时的一半，即联立解得

当堂达标检测3．四个定值电阻连成图所示的电路。、的规格为“”，、的规格为“”。请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由。

当堂达标检测【详解】、的电阻值，的电阻值，根据电路的特点，通过灯、的电流相等，所以因为、并联，两端的电压相等，则消耗的功率因为通过灯的电流大于通过灯，则消耗的功率即

当堂达标检测4.如图，输电线路两端的电压U为220V，每条输电线的电阻R为，电热水器A的电阻为。求电热水器A上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个电阻为的电热水壶B，则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少？【详解】设热水器消耗的功率为PA，电热水壶消耗的功率为PB。当S断开时有当S闭合时有

当堂达标检测5.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=