电路中的能量转化课件-高二上学期物理人教版

第十二章电能能量守恒定律12.1电路中的能量转化目录124电功和电功率焦耳定律小结和练习3电路中的能量转化?问题导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？电功和电功率011电功初中我们就知道：电热水壶通电时，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；那么电能转化为其他形式的能是如何实现的呢？1电功电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。1电功如图所示，电荷从左向右定向移动，它们经过这段电路所用的时间记为t。在这一段时间时间内通过这段电路任一截面的电荷量为

q＝It如果这段电路两端的电势差为U，静电力做的功就是W＝qU＝UIt1电功1．定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力定向移动电荷所做的功，简称电功，通常也说成电流做的功；2．公式：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压

U、电路中的电流

I、通电时间

t

三者的乘积，即

W＝UIt；3．单位：在国际单位制中，电功的单位是“焦耳”，符号“J”，常用单位还有千瓦时，俗称“度”，符号“kW·h”，1kW·h＝3.6×106J。2电功率同一个手机选择不同的充电器，手机充满电所用的时间不同，也就是说不同的充电器消耗电能转化为电池的化学能的快慢不同。那么该用什么物理量来描述电流做功的快慢呢？5V1A充电器20WPD充电器30WPD充电器那么如何计算电功率的大小呢？2电功率

2电功率

该公式适用于任何电路电功率的计算。2电功率额定功率：用电器长期正常工作的最大功率，就是给用电器两端施加上额定电压时的功率，一般用电器的铭牌上标注的就是额定功率；实际功率：用电器实际工作时的电功率。通常情况下，P实≤P额，只有在额定电压下工作时，

P实＝P额。2电功率几种家电的额定功率用电器29吋彩电电熨斗电冰箱微波炉台灯额定电压(V)220220220220220额定功率(W)100～150300～800100～150800～120040～60焦耳定律021焦耳定律观察下面两种用电器，说说它们有什么区别。

热得快电风扇1焦耳定律电流通过电热元件时，导体会全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功

W

等于这段电路产生的热能

Q

，即Q＝W＝UIt由欧姆定律

U＝IR

，可以得到热量

Q的表达式Q＝I2Rt即，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体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。焦耳该公式适用于任何电路产生热量的计算。1焦耳定律

1焦耳定律思考：电功率和热功率都反映做功的快慢，二者意义是否相同？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）热功率在推导焦耳定律的过程中，用到了“W＝Q”这个条件，那么现实生活中电能是全部转换成内能吗？如果电路中还有其他负载，电能又会如何转化？电路中的能量转化031电路中的能量转化思考：当电动机接上电源后，会带动电风扇转动，这期间电能会转化为哪些形式的能？这些能有什么关系？这个过程中又涉及哪些功率，它们有什么关系？

1电路中的能量转化电动机接上电源后，电流做功

W＝UIt，电功率为

P＝UI。电动机运行过程中，会发热必定有电能转化为内能。电动机转动，必然也有电能转化为机械能。M电能

→

内能+机械能WW

-

QQUIt

I2Rt＞U≠IR经过实验证明，这类电流消耗的电能不全部转化为内能的电路，欧姆定律对其不适用，这种电路就叫作非纯电阻电路。1电路中的能量转化在欧姆定律适用的情况下，电功等于电热，电流消耗的电能全部转化为内能，这种欧姆定律适用的电路叫作纯电阻电路。电能

→

内能

QI2Rt

WIUt＝RU＝IR1电路中的能量转化设电动机设电动机消耗的功率为P电，电动机对外做功，输出的功率为P机，另外电动机工作也有能量损失，对应的功率为P损，它们之间的关系满足：P电＝P机＋P损设电动机两端电压为U，通过电动机线圈的电流为I，可知：P电＝UI部分电能转化成内能。设电动机线圈的电阻为R，可知：P热＝I2R如果，忽略电动机转动时，因为摩擦力或空气阻力等影响带来的能量损失，那么则有：P热＝P损1电路中的能量转化1．输入功率：电动机的总功率P电＝UI；2．输出功率：电动机对外做功的功率；3．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，P热＝I2R；4．功率关系：P电＝P机＋P热；5．电动机的效率：1电路中的能量转化例题：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和对外做功的功率各是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发热的功率P热和对外做功转化为机械能的功率P机。三者之间遵从能量守恒定律，即P电＝P机＋P热1电路中的能量转化解由焦耳定律可知，发电机发热的功率为P热＝I2R＝52×0.4W＝10W电动机消耗的电功率为P电＝UI＝220×5W＝1100W根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为P机＝P电－P热＝1100W－10W＝1090W这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为1090W。小结和练习041小结

1小结纯电阻电路与非纯电阻电路的对比纯电阻电路非纯电阻电路电路特点电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能电路中包括能把电能转化为除内能外的其他形式的能的用电器。是否遵循欧姆定律遵循欧姆定律

I＝不遵循欧姆定律

U>IR

能量转化电流做功，电能全部转化为内能电流做功电能除转化为内能外，还转化成其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等1小结纯电阻电路与非纯电阻电路计算公式的对比1．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，另一种是水烧干以后的保温状态。下图是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电阻丝。（1）自动开关S

接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？说明理由。（2）要使电饭锅在保温状态下的功率是加热状态的一半，R1:R2应该是多少？2练习S220VR1R2

2练习2．如图所示，输电线路两端的电压U为220V，每条输电线的电阻R

为5Ω，电热水器A的电阻RA

为30Ω。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RB

为40Ω的电热水壶B，则电热水器和电热水壶的功率各是多少？2练习SURARBRR

2练习3．某款扫地机器人工作时的额定电压为15V，额定功率为

30W，充电额定电压为24V，额定电流为

0.5A，电池容量为

2000mA·h。则下列说法错误的是（）A．机器人充满电大约需要

4hB．电池容量是指电池储存电能的大小C．机器人正常工作时的电流为

2AD．机器人充满电后能够连续正常工作的时间约为

1h2练习B4．两根由同种材料制成的均匀电阻丝

A、B

串联在电路中，A

的长度为

L，直径为d；B

的长度为

2L，直径为

2d，那么通电后在相同的时间内产生的热量之比为

（）A．QA

:QB＝1:2B．QA:QB＝2:1C．QA:

QB＝1:1D．QA:QB＝4:12练习B5．如图所示是利用电动机提升重物的示意图，其中

D

是直流电动机，P

是一个质量为

m

的重物，用细绳将重物拴在电动机的轴上，闭合开关

S，重物

P

以速度

v

匀速上升，这时理想电流表和理想电压表的示数分别是

I