電路中的能量轉(zhuǎn)化課件 -2024-2025學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

新人教版必修三第十二章電能能量守恒定律第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化

這一章我們研究的是電路中的能量時(shí)怎樣轉(zhuǎn)化的？用能量守恒定律推導(dǎo)出的閉合電路的規(guī)律是怎樣的？自然界存在哪些能源？能源的利用與可持續(xù)發(fā)展有著怎樣的關(guān)系？

人類的活動(dòng)里離不開能量。大量的事例說明，自發(fā)的能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程具有方向性。再能源的利用過程中，能量雖然是守恒的，但是可以利用的品質(zhì)降低了。為了人類的可持續(xù)發(fā)展，需要我們節(jié)約和保護(hù)環(huán)境。新課引入現(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？學(xué)習(xí)任務(wù)一：電功和電功率電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，是通過電流做功來實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)機(jī)通電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電熱水壺通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；手機(jī)電池充電把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能；學(xué)習(xí)任務(wù)一：電功和電功率W=qUq=It（1）定義：電路中電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡(jiǎn)稱電功，通常也說成是電流的功。（2）表達(dá)式：W=UIt適用一切電路

電流做功的實(shí)質(zhì)：恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力作正功，電勢(shì)能減小，其它形式的能增加。（3）國際制單位：焦耳，符號(hào)是J。常用單位：千瓦時(shí)，俗稱“度”，符號(hào)是kW·h。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J1.電功學(xué)習(xí)任務(wù)一：電功和電功率不同用電器做功的快慢不同，如何描述電流做功的快慢？2.電功率（1）定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功（2）表達(dá)式：（3）標(biāo)量,國際單位：瓦W意義比值定義法適用一切電路幾種常見家用電器的額定功率用電路29寸彩電電熨斗電冰箱微波爐臺(tái)燈額定電壓（V）220220220220220額定功率（W）～150300～800100～150800～120040～60用電器銘牌上所標(biāo)稱的功率是額定功率，用電器在實(shí)際電壓下工作的功率是實(shí)際功率．用電器只有在額定電壓下工作實(shí)際功率才等于額定功率．拓展3.額定功率和實(shí)際功率：全部將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，沒有轉(zhuǎn)化其他能量。根據(jù)不同的用電器可知，電能轉(zhuǎn)化為不同形式的能。這些用電器消耗電能的方式主要是依靠電阻把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，學(xué)習(xí)任務(wù)二：焦耳定律若想求解用電器在導(dǎo)體通電時(shí)產(chǎn)生了多少熱量，該如何計(jì)算1.理論探究：這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的，叫焦耳定律。

設(shè)在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試計(jì)算在時(shí)間t內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量Q。據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓為：U=IR在時(shí)間t內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)電阻元件所做的功為：W=IUt=I2Rt由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功W等于電熱Q所以產(chǎn)生的熱量為：Q=I2Rt學(xué)習(xí)任務(wù)二：焦耳定律學(xué)習(xí)任務(wù)二：焦耳定律2.實(shí)驗(yàn)演示(1)．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量Q等于電流I的二次方、導(dǎo)體的電阻R

和通電時(shí)間t

三者的乘積．(3).適用范圍：適用于純電阻電路，也適用于非純電阻電路．純電阻電路：只含有電阻的電路、如電爐、電烙鐵、白熾燈等。非純電阻電路：電路中含有電動(dòng)機(jī)或有電解槽的電路．

3.焦耳定律(2)．表達(dá)式：Q＝I2Rt.學(xué)習(xí)任務(wù)二：焦耳定律學(xué)習(xí)任務(wù)二：焦耳定律(1)單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱量叫做熱功率;(2)熱功率等于通電導(dǎo)體中電流I的二次方與導(dǎo)體電阻R的乘積。P熱=I2R

P=UI（一切電流做功的功率）總功率（專指電流發(fā)熱的功率）熱功率4.熱功率：學(xué)習(xí)任務(wù)三：電路中的能量轉(zhuǎn)化

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？思考討論：

如果電路中有電動(dòng)機(jī)或者正在充電的電池，那么電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能之外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和化學(xué)能。(1).純電阻電路：只含電阻、熱得快、白熾燈、電爐、被卡住的電動(dòng)機(jī)等元件的電路。電流做功特點(diǎn)：電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。電功W等于熱功Q。R電功電熱（內(nèi)能）100%1.純電阻電路與非純電阻電路學(xué)習(xí)任務(wù)三電路中的能量轉(zhuǎn)化(2).非純電阻電路：含電動(dòng)機(jī)、電風(fēng)扇、電解槽、正在充電的電池等元件的電路。電流做功特點(diǎn)：電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能之外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能。電功W大于熱功Q。M電功電熱（內(nèi)能）部分部分其它能(機(jī)械能功化學(xué)能)學(xué)習(xí)任務(wù)三：電路中的能量轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)任務(wù)三：電路中的能量轉(zhuǎn)化2.含電動(dòng)機(jī)電路的分析(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率是電動(dòng)機(jī)消耗的總功率，(2)電動(dòng)機(jī)的熱功率是線圈上電阻的發(fā)熱功率，(3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率（機(jī)械功率）P入＝P總＝UI.P熱＝I2r.三者關(guān)系為：UI＝I2r＋P機(jī)

P出=P機(jī)＝UI－I2r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？解由焦耳定律可知，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為10W，對(duì)外做功的功率為1090W。例題電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，屬于非純電阻電路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)，因無法對(duì)外做功，電能全轉(zhuǎn)化為熱能，相當(dāng)于純電阻電路。強(qiáng)化提升當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．試根據(jù)串、并聯(lián)電路的電流、電壓特點(diǎn)推導(dǎo)：串聯(lián)電路和并聯(lián)電路各導(dǎo)體消耗的電功率與它們的電阻有什么關(guān)系？【詳解】(1)串聯(lián)電路中電流處處相等，即根據(jù)電功率公式可得則串聯(lián)電路中即串聯(lián)電路中各導(dǎo)體消耗的電功率與它們的電阻成正比。(2)并聯(lián)電路中電壓處處相等，即根據(jù)電功率公式可得則并聯(lián)電路中即并聯(lián)電路中各導(dǎo)體消耗的電功率與它們的電阻成反比。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)2．電飯鍋工作時(shí)有兩種狀態(tài)：一種是鍋內(nèi)的水燒干以前的加熱狀態(tài)，另一種是水燒干后的保溫狀態(tài)，如圖所示是電飯鍋的電路圖，R1是一個(gè)電阻，R2是加熱用的電阻絲。(1)自動(dòng)開關(guān)K接通和斷開時(shí)，電飯鍋分別處于哪種狀態(tài)？(2)要使R2在保溫狀態(tài)下的功率是加熱狀態(tài)時(shí)的一半，R1：R2應(yīng)該是多大？當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)【詳解】(1)自動(dòng)開關(guān)K接通時(shí)，R1被短路，電路中只有加熱用的電阻絲R2接入電路，由電功率公式可知，電阻絲R2的功率大，電飯鍋處于加熱狀態(tài)；K斷開時(shí)，R1與R2串聯(lián)，電路中電阻變大，電熱絲R2兩端電壓減小，電功率變小，電飯鍋處于保溫狀態(tài)。(2)電飯鍋加熱時(shí)，R2的功率為保溫時(shí)，R2的功率為要使R2在保溫狀態(tài)下的功率是加熱狀態(tài)時(shí)的一半，即聯(lián)立解得

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)3．四個(gè)定值電阻連成圖所示的電路。、的規(guī)格為“”，、的規(guī)格為“”。請(qǐng)按消耗功率大小的順序排列這四個(gè)定值電阻，并說明理由。

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)【詳解】、的電阻值，的電阻值，根據(jù)電路的特點(diǎn)，通過燈、的電流相等，所以因?yàn)椤⒉⒙?lián)，兩端的電壓相等，則消耗的功率因?yàn)橥ㄟ^燈的電流大于通過燈，則消耗的功率即

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)4.如圖，輸電線路兩端的電壓U為220V，每條輸電線的電阻R為，電熱水器A的電阻為。求電熱水器A上的電壓和它消耗的功率。如果再并聯(lián)一個(gè)電阻為的電熱水壺B，則電熱水器和電熱水壺消耗的功率各是多少？【詳解】設(shè)熱水器消耗的功率為PA，電熱水壺消耗的功率為PB。當(dāng)S斷開時(shí)有當(dāng)S閉合時(shí)有

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)5.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=