2024版高中同步新教材必修第三冊（人教版）物理 第十二章 電能 能量守恒定律 1電路中的能量轉(zhuǎn)化

1電路中的能量轉(zhuǎn)化1|電功和電功率知識點(diǎn)必備知識清單破1.電功(1)定義:靜電力移動電荷所做的功,簡稱電功。(2)公式:電流在一段電路中所做的功,等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通電

時間t三者的乘積,即(3)單位:在國際單位制中,電功的單位是焦耳,符號為J。常用的單位還有千瓦時,1kW·h=3.6

×106J。2.電功率(1)定義:電流在一段電路中所做的功與通電時間之比叫作電功率,它在數(shù)值上等于單位時

間內(nèi)電流所做的功。(2)公式:電流在一段電路中做功的功率P等于這段電路兩端的電壓U與電流I的乘積。即(3)單位:在國際單位制中,電功率的單位是瓦特,符號為W。常用的單位還有千瓦(kW),1kW

=1000W。(4)意義:電功率表示電流做功的快慢。1.焦耳定律(1)內(nèi)容:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比。(2)表達(dá)式

2|焦耳定律知識點(diǎn)2.熱功率(1)定義:電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的功率。(2)表達(dá)式:P熱=I2R。1.純電阻電路電流通過純電阻電路做功時,電能全部轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能。此時電功等于電熱,W=Q=

UIt=I2Rt=

t,電功率等于熱功率,P=P熱=UI=I2R=

。2.非純電阻電路

含有電動機(jī)、電解槽等用電器的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中,電流做

的功一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能,還有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。此時電功大于電熱,W=UIt3|電路中的能量轉(zhuǎn)化知識點(diǎn)=Q+E其他>Q=I2Rt,電功率大于熱功率,P=UI=P熱+P其他>P熱=I2R。知識辨析1.電流做功的實(shí)質(zhì)是什么?2.電功率越大,電流做功一定越多嗎?3.公式P=UI適用于非純電阻電路中電功率的計(jì)算嗎?4.在非純電阻電路中,能否用W=

t計(jì)算電熱?一語破的1.電流做功的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力所做的功。2.不一定。電功率越大,表示電流做功越快,但不一定做功越多,還與時間有關(guān)。3.適用。P=UI是電功率的通式,既適用于純電阻電路也適用于非純電阻電路。4.不能。在非純電阻電路中,

t既不表示電功,也不能表示電熱,因?yàn)闅W姆定律不再適用。

1|純電阻電路和非純電阻電路的比較定點(diǎn)關(guān)鍵能力定點(diǎn)破

純電阻電路非純電阻電路電路特點(diǎn)電路中只有電阻元件,只能把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電路中包括能把電能轉(zhuǎn)化為除內(nèi)能外的其他形式能的用電器是否遵循歐姆定律遵循歐姆定律,I=

不遵循歐姆定律,U>IR或I<

能量轉(zhuǎn)化電流做功,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功,電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動機(jī)、電解槽等電功W=UIt=I2Rt=

tW=UIt電熱Q=I2Rt=UIt=

tQ=I2Rt電功率P=UI=I2R=

P=UI熱功率P熱=I2R=UI=

P熱=I2R1.電動機(jī)的功率(1)當(dāng)電動機(jī)正常工作時,要分清電動機(jī)的總功率(輸入功率)、輸出功率和熱功率。2|電動機(jī)的功率問題定點(diǎn)輸入功率電動機(jī)消耗的電功率(總功率),由電動機(jī)兩端的電壓和通過的電流決定,P總=UI熱功率電動機(jī)線圈有電阻,電流通過線圈時要發(fā)熱,P熱=I2r輸出功率電動機(jī)做有用功的功率,P出=Fv,F為電動機(jī)產(chǎn)生的牽引力,v為使物體獲得的速度大小功率關(guān)系P總=P出+P熱(2)當(dāng)電動機(jī)通電但因某種原因(如被卡住)不轉(zhuǎn)動時,相當(dāng)于一個純電阻用電器,此時P總=P熱。2.電動機(jī)功率問題的分析方法(1)抓住兩個關(guān)鍵:確定電動機(jī)兩端的電壓U和電流I是解決問題的關(guān)鍵。若能求出U、I,就

能確定電動機(jī)的輸入功率P總=UI,根據(jù)電流I和線圈電阻r,可求出熱功率P熱=I2r,最后求出輸

出功率P出=P總-P熱。(2)間接確定電動機(jī)的電壓U和電流I:首先,對于其他純電阻電路,利用歐姆定律進(jìn)行分析計(jì)

算,確定相應(yīng)的電壓、電流,然后利用串、并聯(lián)電路中的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定電動

機(jī)的電壓U、電流I。典例有一個用直流電動機(jī)【1】提升重物的裝置,重物的質(zhì)量m=50kg,電路電壓U=120V,當(dāng)電動機(jī)以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物時,電路中的電流I=5A,求:(取重力加速度g=10m/s2)(1)電動機(jī)線圈的電阻R。(2)電動機(jī)對該重物的最大提升速度【2】。(3)若因故障電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動【3】,這時通過電動機(jī)的電流是多大,電動機(jī)消耗的電功率又為

多大?信息提取

【1】電動機(jī)正常工作時,其電路為非純電阻電路?！?】機(jī)械功率最大時,對應(yīng)的提升速度最大?！?】機(jī)械功率為0,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。思路點(diǎn)撥

(1)列出電動機(jī)提升重物時三個功率(電功率、熱功率、機(jī)械功率)的表達(dá)式。(2)根據(jù)能量守恒列出三個功率間的關(guān)系式,從而求出電動機(jī)線圈的電阻R。(3)根據(jù)數(shù)學(xué)知識求出機(jī)械功率的最大值,從而求出相對應(yīng)的最大提升速度。(4)電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動時,可以看成是純電阻用電器,根據(jù)歐姆定律計(jì)算出電流,再算出電動機(jī)

的電功率。解析

(1)電動機(jī)提升重物時,總功率P電=UI電動機(jī)線圈發(fā)熱功率P熱=I2R提升重物的功率P出=P機(jī)=mgv有P電=P熱+P機(jī),即UI=I2R+mgv解得R=

Ω=6Ω。(2)根據(jù)P電=P熱+P機(jī)得P機(jī)=P電-P熱=UI-I2R=-R

+

當(dāng)I=

時,P機(jī)有最大值

,即I=

A=10A時,P機(jī)max=

W=600W根據(jù)P機(jī)max=mgvmax(由【2】得到)解得vmax=

m/s=1.2m