2.8焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化課件高二上學(xué)期物理教科版

第一章靜電場2.8焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化電荷

教科版（2019）高中物理必修第三冊目錄1234新課導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)新課講解經(jīng)典例題5課堂練習(xí)6課堂小結(jié)通過電流做功來實現(xiàn)，即導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做功?，F(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、電動汽車等。那么，你知道這些用電器中的能量是通過什么途徑轉(zhuǎn)化的嗎?電熱水壺通電時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電動機通電時，電能轉(zhuǎn)化為機械能蓄電池充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。我們知道能量的轉(zhuǎn)化是通過做功來實現(xiàn)的，那么電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，是通過什么做功來實現(xiàn)的呢？功是能量轉(zhuǎn)化的量度，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程可以看成是電流做功的過程，我們把電流通過電路時所做的功叫作電功。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.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。2.知道純電阻電路與非純電阻電路的特點和區(qū)別，理解兩種電路的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。一、電功和電功率1.電功（1）電功：電流通過電路時所做的功。

電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過電流做功來實現(xiàn)的。（2）實質(zhì)：導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的電場力在做功。

自由電荷在靜電力的作用下做定向移動，結(jié)果電荷的電勢能減少，其他形式的能增加。試推導(dǎo)電功的表達式問題：如圖表示一段電路，這段電路兩端的電勢差是U，電路中的電流為I，電荷從左向右定向移動，你能推導(dǎo)出這段時間t內(nèi)恒定電場力對電荷所做的功嗎？提示：①時間t內(nèi)有通過電路的電荷量是多少？②電場力做功和什么有關(guān)？如何計算？③電功的單位：焦(J)千瓦時(kW·h).1kW·h＝3.6×106J④電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度。

電流做了多少功，就有多少電能（電勢能）轉(zhuǎn)化為其他能。（3）電功的計算①表達式：W=UIt

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。②適用條件：公式適用于一切電路。（1）電功率：電流在一段電路中所做的功與通電時間之比叫作電功率，用P表示。（3）單位：瓦特（W）、千瓦（kw）2.電功率（2）表達式：P＝UI

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。（4）意義：電功率表示電流做功的快慢。②實際功率：用電器____________時消耗的電功率。為了保證用電器不被損壞，要求實際功率不能大于其額定功率。最大功率

實際工作

①額定功率：用電器長期正常工作時的____________，也就是用電器工作在額定電壓下的電功率。（用電器銘牌上所標(biāo)稱的功率是額定功率）（5）額定功率和實際功率電流通過電路做功時，電能會轉(zhuǎn)化為哪種形式的能量，要看電路中有哪種類型的用電器。其中，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是最普遍的現(xiàn)象。電流通過電熱水器中的電熱元件做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電流通過導(dǎo)體時發(fā)熱是一種普遍的現(xiàn)象，稱為電流的熱效應(yīng)。二、焦耳定律設(shè)熱水器兩端電壓為U，電流為I，通電時間為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的表達式Q＝I2Rt初中我們就學(xué)過，能量在相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中是守恒的，下面我們應(yīng)用能量守恒定律分析電路中的能量轉(zhuǎn)化問題。電流通過電熱水器中的電熱元件做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。1.電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體時發(fā)熱的現(xiàn)象。2.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.這個關(guān)系式最初是由焦耳通過實驗直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律.(2)表達式Q＝I2Rt.(3)焦耳定律適用條件：焦耳定律是一條實驗定律，是通過實驗總結(jié)出的一條普適定律，適用于一切導(dǎo)體（電路）。3.熱功率P熱＝I2R.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。純“發(fā)熱”元件的電功和電熱電路中的電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，所以電流在這段電路中做的功W＝UIt，等于這段電路產(chǎn)生的熱量Q。即：Q＝W=UIt①對純發(fā)熱元件，由歐姆定律得：U＝IR②由①、②可得熱量Q的表達式：Q＝I2Rt注意：不能誤認(rèn)為Q＝I2Rt是由W=UIt推導(dǎo)出來的。三、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，但是實際中如果是非純電阻電路，能量又是如何轉(zhuǎn)化的呢？.下面我們以電動機為例，討論其能量轉(zhuǎn)化.沒有，不成立.因為電能只有部分轉(zhuǎn)化為機械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。1.電流通過電動機做功，將電能全部轉(zhuǎn)化成機械能了嗎？即“P機＝P電”成立嗎？為什么？P熱＝I2R.P電＝P機＋P熱.3.電功率、熱功率和轉(zhuǎn)化為機械能的功率三者什么關(guān)系？2.若電路中的電流為I，電動機線圈的電阻為R，則P熱等于什么？電能

→

內(nèi)能Q=I2RtW=UIt=電功率=熱功率：P=P熱

=UI=I2R說明：歐姆定律適用于純電阻！R（1）純電阻電路：電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如白熾燈、電爐、電烙鐵等。1.純電阻電路和非純電阻電路（2）非純電阻電路：電能部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，同時還轉(zhuǎn)化為其它形式的能量。例如：電動機、電解槽、電風(fēng)扇等。電能

→

內(nèi)能

+

其它形式的能WW-QQUItI2Rt＞電功率：P=UI熱功率：P熱=I2R其它形式功率：P其它=UI-I2R注意：歐姆定律不適用于非純電阻！M2.純電阻電路與非純電阻電路的比較比較項目純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件，如電阻、電爐絲、小燈泡電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的用電器，如電動機、電解槽歐姆定律能量轉(zhuǎn)化電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能：

W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋E其他功率特點電功率等于熱功率：電功率等于熱功率與其他功率之和：P電＝UIP熱＝I2RP電＝P熱＋P其他（1）電動機的功率

①輸入功率：電動機消耗的總功率

②發(fā)熱功率：線圈上電阻的發(fā)熱功率

③輸出功率：即機械功率P入＝

P總＝UIP熱＝I2r

三者關(guān)系為：UI＝I2r＋P機

P出=P機＝UI－I2r3.含電動機電路的分析（2）電動機的效率典例分析(1)電功率越大，表示電流做功越多。(

)(2)由公式P＝

可知，時間越短，功率越大。(

)××典例分析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)們設(shè)計了如圖甲、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√典例分析2.一個阻值為1Ω的電阻，通過它的電流為2A，則下列說法正確的是A.1s內(nèi)通過該電阻的電荷量為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√典例分析該電阻1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q＝I2Rt＝4J，B錯誤，C正確；P＝I2R＝4W，D錯誤。課堂練習(xí)1.A、B、C三個燈泡按如圖所示的方式連接時,各自消耗的實際功率相同，則RA:RB:RC為(

)A.1:1:1 B.1:2:2C.2:1:1 D.1:4:4ACBD課堂練習(xí)R1R2R33.如圖所示的電路中，三電阻串聯(lián)，其阻值R1=2Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，電路總電壓為U，各電阻消耗的功率分別為P1、P2、P3，則P1∶P2∶P3等于()A.2∶3∶