電路中的能量轉(zhuǎn)化【典例精析+知識(shí)精講】 高二物理備課精研課件 （2019人教版必修第三冊(cè)）

12.1電路中的能量轉(zhuǎn)化第十二章電能能量守恒定律現(xiàn)代生活中隨處都可以見到用電設(shè)備和用電器，例如電燈、電視、電熱水壺、電動(dòng)汽車等。那么，你知道這些用電器中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的嗎？一、電功和電功率電爐通電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電動(dòng)機(jī)通電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能蓄電池充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電能用電器其他形式能一、電功和電功率1、電流做功的實(shí)質(zhì)電場線向右電子定向移動(dòng)方向向左

自由電子受電場力向左電場力做正功一、電功和電功率q=ItW=UItW=qU量性：標(biāo)量單位：焦耳（J）

單位換算：1kW·h=3.6×106J測量方法：電能表公式W=UIt

適用于所有的電路電荷的電勢能減少

其他形式能增加2、電功的表達(dá)式1、電流做功的實(shí)質(zhì)

靜電力對(duì)自由電荷做正功一、電功和電功率這個(gè)公式表示，電流在一段電路中做功的功率等于這段電路兩端的電壓和電流的乘積。

電功率物理意義：描述電流做功的快慢電流在一段電路中所做的功與通電時(shí)間之比叫做電功率3、電功率單位—瓦特（W）電燉鍋上有兩個(gè)檔位，分別是快燉和慢燉，這兩個(gè)檔位的本質(zhì)區(qū)別是電功率不同。解析：【例題1】一根電阻絲在t時(shí)間內(nèi)通過2C的電量時(shí)，消耗電能是8J。若在t時(shí)間內(nèi)通過該電阻絲4C的電量時(shí)，該電阻絲兩端所加電壓U和該電阻絲在t時(shí)間內(nèi)消耗的電能E分別為（）

A．U=4V

B．U=8VC．E=16J

D．E=3J根據(jù)W=qU，又因?yàn)閃=E有：U′=2U=2×4V=8VE=q′U′=4C×8V=32J

BD二、焦耳定律通過電熱水器的電流大小為I，加熱管的電阻大小為R，電熱水器通電時(shí)間為t，推導(dǎo)電熱水器產(chǎn)生的熱量表達(dá)式。焦耳定律1、電熱Q=I2Rt電流通過電熱水壺中的電熱元件做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能；即電流在這段電路中的功W等于這段電路中產(chǎn)生的熱量Q，所以：這個(gè)關(guān)系式最初是由焦耳通過實(shí)驗(yàn)直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律。W=QW=UIt

Q=I2Rt二、焦耳定律焦耳定律最初是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的在理論推導(dǎo)焦耳定律時(shí)，電功全部轉(zhuǎn)化為電熱，即：W=Q；但是實(shí)際中，有些電路電能不一定全部轉(zhuǎn)化為電熱。若只求電熱時(shí)，例如，要計(jì)算電流通過某一電路時(shí)放出熱量的多少，都可以使用焦耳定律。焦耳它適用于任何導(dǎo)體，范圍很廣，所有的電路都能使用。1、電熱焦耳定律Q=I2Rt二、焦耳定律由于W=Q，所以此時(shí)的電熱功率單位：瓦(W)千瓦(kW)2、電熱功率將Q=I2Rt代入，得到電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的功率在推導(dǎo)P熱=I2R的過程中，我們同樣用到了W=Q這個(gè)條件，它要求電流做的功“全部變成熱”，其中的電功率P熱是指電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的功率。P熱=I2R同焦耳定律一樣，若只求解電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的功率時(shí)，對(duì)所有的電路都能使用。

P熱=I2R三、電路中的能量轉(zhuǎn)化電吹風(fēng)機(jī)消耗電能和產(chǎn)生熱量相等嗎？1、電功和熱量電流所做的總功電吹風(fēng)機(jī)消耗的總電能電功焦耳定律

只是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那部分能量2、電功率和熱功率電流做功的功率電功率熱功率

電熱水器

P=P熱電吹風(fēng)機(jī)P≠P熱電流發(fā)熱的功率機(jī)械能內(nèi)能電能消耗電能大于產(chǎn)生熱量電功率大于熱功率像吹風(fēng)機(jī)這樣包含電動(dòng)機(jī)的用電器Q=I2Rt如圖，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接上電源后，會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，這里涉及哪些功率?功率間的關(guān)系又如何?實(shí)驗(yàn)探究:電動(dòng)機(jī)工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化情況電流表電壓表實(shí)驗(yàn)探究:電動(dòng)機(jī)工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化情況觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和不轉(zhuǎn)動(dòng)兩種情況下，電壓表示數(shù)相同時(shí)，電流大小關(guān)系。實(shí)驗(yàn)探究:電動(dòng)機(jī)工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化情況觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和不轉(zhuǎn)動(dòng)兩種情況下，電壓表示數(shù)相同時(shí)，電流大小關(guān)系。電動(dòng)機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)卡住不轉(zhuǎn)動(dòng)電流表電流表電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電壓表示數(shù)U/V電流表示數(shù)I/A電功率P電/W熱功率P熱/W電阻R/Ω轉(zhuǎn)動(dòng)卡住不轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)探究:電動(dòng)機(jī)工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化情況19192.02.00.0200.0980.04000.19600.00760.182510020.4

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，歐姆定律對(duì)電動(dòng)機(jī)整體不成立。

實(shí)驗(yàn)探究:電動(dòng)機(jī)工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化情況三、電路中的能量轉(zhuǎn)化純電阻電路

非純電阻電路歐姆定律適用的電路歐姆定律不適用的電路電能

→

內(nèi)能電能

→

內(nèi)能+其它形式的能

QI2Rt

WUIt=P電=P熱+P其它P電=P熱W電W其它Q+一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，線圈的電阻是0.4Ω，當(dāng)它兩端所加的電壓為220V時(shí)，通過的電流是5A。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率與對(duì)外做功的功率各是多少？P電=P機(jī)+P熱P電=UI=220×5W=1100WP熱=I2R=52×0.4W=10WP機(jī)=P電－P熱=1100W－10W=1090W解：電功電功率電熱電熱功率定義式物理意義聯(lián)系電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的總和電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的快慢電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的多少電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的快慢電能只向內(nèi)能轉(zhuǎn)化時(shí)，電功與電熱相等，電功率與電熱功率相等.W=UItP=IUQ=I2RtP=I2R【例題2】有額定電壓都是110V，額定功率PA＝100W，PB＝40W的兩盞電燈，若接在電壓是220V的電路上，兩盞電燈均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是(

)解析：若要兩燈均正常發(fā)光，亦即每燈的電壓均為110V，對(duì)A電路，因?yàn)镽A＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110V，B燈將被燒壞；對(duì)B電路，UB＞U并，B燈將被燒壞；對(duì)C電路，RA可能等于B燈與變阻器并聯(lián)后的電阻，所以UA可能等于UB，等于110V，兩燈可能正常發(fā)光，且電路消耗總功率為200W；對(duì)D電路，變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后總電阻，有UA＝UB＝U并＝110V，兩燈正常發(fā)光，且電路中消耗總功率為280W．綜上可知，C正確．C【例題3】在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V．求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的線圈電阻．解析：

1、兩個(gè)燈泡分別標(biāo)有“6V

3W”和“6V

4W”的字樣，將這兩個(gè)燈泡串聯(lián)或并聯(lián)后接入電源．為了保證電路安全工作，并假定燈泡電阻恒定，兩種情況下兩燈泡的總功率最大可以達(dá)到(

)A．串聯(lián)時(shí)5.25W，并聯(lián)時(shí)5.25WB．串聯(lián)時(shí)5.25W，并聯(lián)時(shí)7WC．串聯(lián)時(shí)7W，并聯(lián)時(shí)5.25WD．串聯(lián)時(shí)7W，并聯(lián)時(shí)7W

B2、某一用直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置如上圖所示，重物質(zhì)量m=50kg，電源提供恒定電壓U=110V，不計(jì)各處摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物時(shí)，電路中電流強(qiáng)度I=5A，求電動(dòng)機(jī)線圈電阻R（g=10m/s2）。vU=110VP電=P熱+P機(jī)其中機(jī)械功率：P機(jī)=mgv=50×10×0.9=450瓦電功率：P電=UI=110×5=550瓦∴P熱=P電-P機(jī)=5