【課件】電路中的能量轉(zhuǎn)化+課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

第十二章電能能量守恒定律電路中的能量轉(zhuǎn)化理解電功、電功率、焦耳定律、熱功率的概念，知道它們的區(qū)別與聯(lián)系。知道純電阻電路與非純電阻電路的特點(diǎn)和區(qū)別，理解兩種電路的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。重點(diǎn)重難點(diǎn)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、電熱水壺、電動(dòng)汽車等。那么，你知道這些用電器中的能量是通過(guò)什么途徑轉(zhuǎn)化的嗎?通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)，即導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做功。電功和電功率如圖表示一段電路，電荷定向移動(dòng)經(jīng)過(guò)這段電路所用的時(shí)間記為t。電功和電功率注意單位：W(J)＝U(V)I(A)t(s)

q

＝It如果這段電路兩端的電勢(shì)差是U，靜電力做的功就是W＝Uq＝UIt電流在一段電路中所做的功與通電時(shí)間之比叫作電功率(electricpower),用P表示注意單位：P

(W)＝U(V)I(A)由P＝

P＝UI1.電功(1)實(shí)質(zhì)：導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力在做功.(2)公式：W＝UIt.(3)國(guó)際單位：焦耳，符號(hào)為J.(4)意義：電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的量度，即電功是多少就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.2.電功率(1)含義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功.(2)公式：P＝

＝UI.這個(gè)公式表示，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.(3)單位：瓦，符號(hào)：W.(4)物理意義：表示電流做功的快慢.(1)電功率越大，表示電流做功越多。(

)(2)由公式P＝

可知，時(shí)間越短，功率越大。(

)××我們常說(shuō)的月耗電量為100度，其中“度”

表示什么物理意義？100度是多少焦耳？“度”是能量單位，1度＝1kW·h＝3.6×106J100度＝100×3.6×106J＝3.6×108J。1.A、B兩燈的額定電壓都是110V，A燈的額定功率PA＝100W，B燈的額定功率PB＝40W，若將兩燈同時(shí)接入電壓恒為220V的電路中，且使兩燈均能正常發(fā)光，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的兩種電路，則甲、乙兩電路消耗的電功率之比為A.2∶7 B.2∶5C.5∶7 D.3∶7√由于A、B兩燈的額定電壓都是110V，額定功率PA＝100W、PB＝40W，由此可知RB>RA，甲電路中，把B燈與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，可以使并聯(lián)部分的電阻減小，當(dāng)A燈與并聯(lián)部分的總電阻相同時(shí)，A、B能同時(shí)正常發(fā)光，并聯(lián)電路消耗的功率與A燈的功率相同，所以甲電路消耗的總功率為200W；乙電路中，把A、B兩燈并聯(lián)之后與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值與A、B兩燈并聯(lián)的總電阻相等時(shí)，A、B就可以正常發(fā)光，此時(shí)滑動(dòng)變阻器消耗的功率為A、B兩燈功率之和，所以乙電路消耗的總功率為280W，由此可知，甲、乙兩電路消耗的電功率之比為5∶7，故選C。無(wú)論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率都等于各部分消耗的功率之和。焦耳定律初中我們就學(xué)過(guò)，能量在相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中是守恒的，下面我們應(yīng)用能量守恒定律分析電路中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題。電流通過(guò)電熱水器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。設(shè)熱水器兩端電壓為U，電流為I，通電時(shí)間為t，能產(chǎn)生多生熱量？電流在這段電路中做的功W等于這段電路產(chǎn)生的熱量Q，即Q=W=IUt由歐姆定律U=IR，得熱量Q的表達(dá)式Q＝I2Rt3.焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過(guò)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(shí)間成正比.這個(gè)關(guān)系式最初是由焦耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律.(2)表達(dá)式Q＝I2Rt.4.熱功率P熱＝I2R.焦耳定律和熱功率電烙鐵通電后，電烙鐵的烙鐵頭熱得能把金屬熔化，而與電烙鐵相連的導(dǎo)線卻不怎么熱，為什么？根據(jù)焦耳定律Q＝I2Rt，烙鐵頭的電阻大，導(dǎo)線的電阻很小，所以烙鐵頭產(chǎn)生的熱量大，溫度高于導(dǎo)線的溫度。2.一個(gè)阻值為1Ω的電阻，通過(guò)它的電流為2A，則下列說(shuō)法正確的是A.1s內(nèi)通過(guò)該電阻的電荷量為1CB.該電阻1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為2JC.該電阻1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為4JD.該電阻的熱功率為2W√該電阻1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q＝I2Rt＝4J，B錯(cuò)誤，C正確；P＝I2R＝4W，D錯(cuò)誤。3.(2022·長(zhǎng)安一中高二期中)電飯鍋工作時(shí)有兩種狀態(tài)：一種是鍋內(nèi)水燒干前的加熱狀態(tài)，另一種是鍋內(nèi)水燒干后保溫狀態(tài)，如圖所示是電飯鍋電路原理示意圖，K是感溫材料制造的開關(guān)。下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是√電路中的能量轉(zhuǎn)化焦耳定律討論了電路中電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的情況，但是實(shí)際中有些電路除含有電阻外還含有其他負(fù)載，如電動(dòng)機(jī).下面我們以電動(dòng)機(jī)為例，討論其能量轉(zhuǎn)化.沒有，不成立.因?yàn)殡娔苤挥胁糠洲D(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。1.電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功，將電能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能了嗎？即“P機(jī)＝P電”成立嗎？為什么？2.若電路中的電流為I，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，則P熱等于什么？P熱＝I2R.P電＝P機(jī)＋P熱.3.電功率、熱功率和轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率三者什么關(guān)系？純電阻:電能

→

內(nèi)能非純電阻:電能

→

內(nèi)能

+

其它形式的能Q=I2RtW=UIt=WW-QQUItI2Rt＞電功率=熱功率：P=P熱

=UI=I2R電功率：P=UI熱功率：P熱=I2R其它形式功率：P其它=UI-I2R說(shuō)明：歐姆定律適用于純電阻！注意：歐姆定律不適用于非純電阻！RM(1)電熱Q＝I2Rt可以用來(lái)計(jì)算所有含有電阻的電路中產(chǎn)生的焦耳熱。(

)(2)任何電路中的電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，且W＝Q。(

)(3)電功W＝UIt在任何電路中都適用，Q＝I2Rt只在純電阻電路中適用。(

)(4)電動(dòng)機(jī)消耗的電能，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，一部分轉(zhuǎn)化為線圈電阻產(chǎn)生的電熱。(

)×√×√4.如圖所示為電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為r＝1Ω，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為5V，電路中的電流為1A，物體A重20N。忽略一切摩擦，求：(1)電動(dòng)機(jī)線圈電阻消耗的熱功率為多少？電動(dòng)機(jī)線圈上消耗的熱功率為P熱＝I2r＝1W。答案1W(2)電動(dòng)機(jī)輸入功率和輸出功率各是多少？電動(dòng)機(jī)的輸入功率就是電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功的功率，即P入＝UI＝5×1W＝5W電動(dòng)機(jī)的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功的功率，根據(jù)P入＝P出＋P熱得P出＝P入－P熱＝5W－1W＝4W。答案5W

4W(3)10s內(nèi)電動(dòng)機(jī)可以把物體A勻速提升多高？設(shè)物體A的重力為G，t＝10s內(nèi)物體A上升的高度為h，根據(jù)能量守恒得P出t＝Gh答案2m(4)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的效率是多少？答案80%5.(2022·行唐啟明中學(xué)月考)如圖所示，A為電解槽，M為電動(dòng)機(jī)，N為電爐子，恒定電壓U＝12V，當(dāng)S1閉合，S2、S3斷開時(shí)，電流表示數(shù)為6A；當(dāng)S2閉合，S1、S3斷開時(shí)，電流表示數(shù)為5A，且電動(dòng)機(jī)的電阻rM＝1Ω；當(dāng)S3閉合，S1、S2斷開時(shí)，電流表示數(shù)為4A，且電解槽電阻rA＝2Ω。求：(1)電爐絲的電阻及發(fā)熱功率；答案2Ω

72W當(dāng)S1閉合，S2、S3斷開時(shí)，電爐子接入電路。電爐絲為純電阻元件，由歐姆定律得電爐絲的電阻電爐絲發(fā)熱功率P＝UI1＝12×6W＝72W(2)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率；電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件，由能量守恒，有I2U＝I22rM＋P輸出答案58.3%(3)在電解槽工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率。電解槽為非純電阻元件，由能量守恒知P化學(xué)＝I3U－I32rA代入數(shù)據(jù)解得P化學(xué)＝(4×12－42×2)W＝16W。答案16W純電阻電路與非純電阻電路的比較比較項(xiàng)目純電阻電路非純電阻電路元