人教版高中物理必修第三册第十二章电能能量守恒定律12-1电路中的能量转化课件

第十二章电能能量守恒定律学习目标1.通过实例分析,知道电流做功的实质,理解电功、电功率及焦耳定律的概念和物理意义,能用电势能和焦耳定律等分析电学中的能量转化问题,掌握电功和电功率的计算,加深对功与能量转化关系的认识.2.通过分析电流通过电热水器时电能全部转化为内能,掌握焦耳定律,知道电流热效应在生产、生活中的应用.3.通过分析电动机工作时电路中的能量转化情况,能从能量守恒的角度理解电功和电热的关系,提升用能量的观点来解释物理现象的能力.1电路中的能量转化知识点一电功和电功率答案:(1)电风扇:电能转化为机械能和内能.(2)电解槽:电能转化为化学能和内能.(3)电热水器:电能转化为内能.用电器工作时,电能转化为其他形式的能,是通过电流做功来实现的.1.结合已学知识和生活经验,说明下列用电器工作时的能量转化情况以及这些转化是如何实现的.(1)电风扇,(2)电解槽,(3)电热水器.3.电功.(1)电流在一段电路中所做的功,等于这段电路

、

、

三者的乘积.(2)计算公式:

.(3)电功的单位:_______,符号为___.常用单位还有千瓦时(kW·h),1kW·h=_________J.两端的电压U电路中的电流I通电时间tW=UIt2.电流做功的实质:导体中的

对自由电荷的

.在做功.自由电荷在静电力的作用下做定向移动,结果电荷的

减少,其他形式的能增加.恒定电场静电力电势能J焦耳

所做的功通电时间UI瓦特W快慢知识点二焦耳定律1.电热水壶工作时,通过电热丝和导线的电流相同,为什么通电一段时间后水壶可以把水烧开,而导线却几乎不发热?电流通过导体产生热量的多少可能跟什么因素有关?答案:由于导线的电阻很小,在相同的通电时间内导线上产生的热量很少,所以导线几乎不发热.电流通过导体产生热量的多少可能与导体的电阻、电流、通电时间有关.

电流的二次方电阻通电时间I2RtI2R知识点三电路中的能量转化1.电吹风工作时,电能转化为什么能?电熨斗工作时,电能转化为什么能?答案:电吹风工作时,电能转化为机械能和内能.电熨斗工作时,电能全部转化为内能.

内能3.非纯电阻电路:含有

、

等用电器的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中,电流做的功一部分转化为

或

,还有一小部分转化为内能.此时电功大于电热,W=UIt=Q+E其他>Q=I2Rt,电功率大于热功率,P=UI=P热+P其他>P热=I2R.电动机电解槽机械能化学能小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能.(

)2.电功率越大,表示电流做功越多.(

)3.电功率越大,电路中产生的热量一定越多.(

)4.电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程.(

)5.热功率一定等于电功率.(

)6.在任何电路中都可以用Q=I2Rt求电热.(

)×××√×√探究一电功和电功率问题情境下图表示一段导体,已知这段导体两端的电势差为U,电荷从左向右定向移动,导体中的电流为I.1.经过时间t,通过这段导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右端,静电力做功是多少?答案:通过这段导体任一截面的电荷量q=It.根据公式W=qU,静电力做的功为W=UIt.2.结合已学知识和生活经验与同学讨论,如何表示电流做功的快慢.

3.若把这段导体等效为阻值为R1的电阻,当它与另一个阻值为R2的电阻串联接入电路中时,它们消耗的电功率有什么关系?若二者并联接入电路中,它们消耗的电功率有什么关系?两种连接方式中,如何计算电流做功的总功率?

过程建构1.对电功的理解.(1)从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功.(2)从能的角度看,电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少.(3)W=qU=UIt是电功的计算式,适用于任何电路.

比较项额定功率实际功率概念用电器上标的功率,即用电器正常工作时消耗的电功率用电器实际工作时消耗的电功率计算P额=U额I额P实=U实I实联系用电器正常工作时,实际功率等于额定功率【典例1】将分别标有“220V

100W”“220V

60W”的两个灯泡(电阻不变)串联后接到220V的电源上.(1)两灯泡的实际功率各是多少?哪个灯泡更亮?(2)通电0.5h,两灯泡各消耗多少电能?

60W灯泡两端的实际电压U2实=IR2,灯泡的实际功率P2实=U2实I=I2R2=23.3W.因为P2实>P1实,所以60W的灯泡更亮.(2)100W灯泡消耗的电能W1=P1实t=25200J,60W灯泡消耗的电能W2=P2实t=41940J.答案:(1)14.0W

23.3W

60W的灯泡更亮(2)25200J

41940J探究二焦耳定律问题情境电热水器是生活中常用的一种电加热器,如图所示.其内部电热元件的电阻为R,电路接通后,通过电热水器的电流为I.答案:电流通过电热水器做功时,电能全部转化为内能,即电流做的功W等于电热水器产生的热量Q,有Q=W=UIt,根据U=IR,得热量Q的表达式为Q=I2Rt.1.若通电时间为t,如何计算电流通过电热水器产生的热量?2.如何计算电流的发热功率?电流的发热功率一定与电流做功的功率相等吗?

3.若把电热水器换成电风扇接入电路,则电流做的功与电流通过电风扇产生的热量是什么关系?电流做功的功率与电流通过电风扇的发热功率是什么关系?答案:电风扇转动是靠电动机带动的,电风扇工作时电动机从电源获得能量,一部分转化为电风扇的机械能,另一部分转化为内能.从能量转化与守恒的角度看,三者满足W电=Q+W机械,其中

W电=UIt,Q=I2Rt,W电>Q.对应的功率关系为P电=P热+P机械,其中

P电=UI,P热=I2R,P电>P热.4.含有电动机的电路可看成哪种电路?能量转化时,它与纯电阻电路有何区别?5.有“220V

40W”的白炽灯和“220V

40W”的电动机,把它们并联后接到220V的照明电路中,二者都能正常工作,它们在相同的时间内产生的热量相同吗?为什么?答案:含有电动机的电路可看成非纯电阻电路.能量转化时,在非纯电阻电路中,电能转化为内能和其他形式的能;在纯电阻电路中,电能全部转化为内能.答案:不相同.电动机和白炽灯消耗的电能相同,电动机把一部分电能转化为内能,另一部分转化为机械能;白炽灯消耗的电能全部转化为内能.过程建构纯电阻电路和非纯电阻电路的比较.比较项纯电阻电路非纯电阻电路用电器举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化能量关系W=Q+E其他,即UIt=I2Rt+E其他功率关系P=P热,即UI=I2RP=P热+P其他,即UI=I2R+P其他是否遵守欧姆定律说明: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,计算电功率时都可以用P=UI,计算电热时都可以用Q=I2Rt,计算热功率时都可以用P=I2R.若用变形式,就要考虑是不是纯电阻电路,是否遵守欧姆定律.【典例2】一电动车动力电源上的铭牌标有“36V10A·h”字样.假设工作时电源的输出电压恒为36V,额定输出功率为180W,由于电动机发热造成的损耗为P热,其他损耗不计,电动车的效率为80%,则下列说法正确的是(

)A.额定工作电流为10AB.电池充满电后总电荷量为3.6×103CC.电动车电动机线圈的电阻为7.2ΩD.电动车保持额定功率行驶的最长时间是2h

答案:D【典例3】有一个直流电动机,把它接入0.2V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4A;把它接入2V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1A.(1)求这台电动机线圈的电阻;(2)求这台电动机正常工作时的输出功率;(3)如果在正常工作时,转子突然被卡住,则此时电动机的发热功率为多大?

答案:(1)0.5Ω

(2)1.5W

(3)8W课堂评价答案:BCD

答案:C2.室内有几种用电器:1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器.如果进户线处有13A的保险丝,供电电压为220V,在这种情况下,下列不能同时使用的是(

)A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器3.(多选)某公司推出了“刀片电池”.一块“刀片电池”的容量是200A·h,平均工作电压是3.2V,充满电需要的时间为1h,下列说法正确的是 ()A.刀片电池充满电后储存的电荷量是200CB.刀片电池充满电后储存的电荷量是7.2×105CC.刀片电池充满电后储存的电能是640kJD.刀片电池充满电后储存的电能是0.64kW·h答案:BD4.(2022·浙江卷)某节水喷灌系统如图所示,水以v0=15m/s的速度水平喷出,每秒喷出水的质量为2.0kg.喷出的水是从井下抽取的,喷口离水面的高度保持H=3.75m不变.水泵由电动机带动,电动机正常工作时,输入电压为220V,输入电流为2.0A.不计电动机的摩擦损耗,电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率.已知水泵的抽水效率(水泵的输出功率与输入功率之比)为75%,忽略水在管道中运动的机械能损失,则(

)A.每秒水泵对水做功为75JB.每秒水泵对水做功为2