人教版高中物理必修第三冊第十二章電能能量守恒定律12-1電路中的能量轉(zhuǎn)化課件

第十二章電能能量守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過實例分析,知道電流做功的實質(zhì),理解電功、電功率及焦耳定律的概念和物理意義,能用電勢能和焦耳定律等分析電學(xué)中的能量轉(zhuǎn)化問題,掌握電功和電功率的計算,加深對功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)識.2.通過分析電流通過電熱水器時電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,掌握焦耳定律,知道電流熱效應(yīng)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用.3.通過分析電動機(jī)工作時電路中的能量轉(zhuǎn)化情況,能從能量守恒的角度理解電功和電熱的關(guān)系,提升用能量的觀點來解釋物理現(xiàn)象的能力.1電路中的能量轉(zhuǎn)化知識點一電功和電功率答案:(1)電風(fēng)扇:電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能.(2)電解槽:電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和內(nèi)能.(3)電熱水器:電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.用電器工作時,電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,是通過電流做功來實現(xiàn)的.1.結(jié)合已學(xué)知識和生活經(jīng)驗,說明下列用電器工作時的能量轉(zhuǎn)化情況以及這些轉(zhuǎn)化是如何實現(xiàn)的.(1)電風(fēng)扇,(2)電解槽,(3)電熱水器.3.電功.(1)電流在一段電路中所做的功,等于這段電路

、

、

三者的乘積.(2)計算公式:

.(3)電功的單位:_______,符號為___.常用單位還有千瓦時(kW·h),1kW·h=_________J.兩端的電壓U電路中的電流I通電時間tW=UIt2.電流做功的實質(zhì):導(dǎo)體中的

對自由電荷的

.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

減少,其他形式的能增加.恒定電場靜電力電勢能J焦耳

所做的功通電時間UI瓦特W快慢知識點二焦耳定律1.電熱水壺工作時,通過電熱絲和導(dǎo)線的電流相同,為什么通電一段時間后水壺可以把水燒開,而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱?電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少可能跟什么因素有關(guān)?答案:由于導(dǎo)線的電阻很小,在相同的通電時間內(nèi)導(dǎo)線上產(chǎn)生的熱量很少,所以導(dǎo)線幾乎不發(fā)熱.電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少可能與導(dǎo)體的電阻、電流、通電時間有關(guān).

電流的二次方電阻通電時間I2RtI2R知識點三電路中的能量轉(zhuǎn)化1.電吹風(fēng)工作時,電能轉(zhuǎn)化為什么能?電熨斗工作時,電能轉(zhuǎn)化為什么能?答案:電吹風(fēng)工作時,電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能.電熨斗工作時,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

內(nèi)能3.非純電阻電路:含有

、

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

或

,還有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.此時電功大于電熱,W=UIt=Q+E其他>Q=I2Rt,電功率大于熱功率,P=UI=P熱+P其他>P熱=I2R.電動機(jī)電解槽機(jī)械能化學(xué)能小試身手判斷下列說法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯誤的打“×”).1.電功與電能的單位都是焦耳,電功就是電能.(

)2.電功率越大,表示電流做功越多.(

)3.電功率越大,電路中產(chǎn)生的熱量一定越多.(

)4.電流做功的過程就是電能向其他形式的能量轉(zhuǎn)化的過程.(

)5.熱功率一定等于電功率.(

)6.在任何電路中都可以用Q=I2Rt求電熱.(

)×××√×√探究一電功和電功率問題情境下圖表示一段導(dǎo)體,已知這段導(dǎo)體兩端的電勢差為U,電荷從左向右定向移動,導(dǎo)體中的電流為I.1.經(jīng)過時間t,通過這段導(dǎo)體某截面的電荷量是多少?把這些電荷從左端移到右端,靜電力做功是多少?答案:通過這段導(dǎo)體任一截面的電荷量q=It.根據(jù)公式W=qU,靜電力做的功為W=UIt.2.結(jié)合已學(xué)知識和生活經(jīng)驗與同學(xué)討論,如何表示電流做功的快慢.

3.若把這段導(dǎo)體等效為阻值為R1的電阻,當(dāng)它與另一個阻值為R2的電阻串聯(lián)接入電路中時,它們消耗的電功率有什么關(guān)系?若二者并聯(lián)接入電路中,它們消耗的電功率有什么關(guān)系?兩種連接方式中,如何計算電流做功的總功率?

過程建構(gòu)1.對電功的理解.(1)從力的角度看,電流做功的實質(zhì)是靜電力對自由電荷做功.(2)從能的角度看,電流做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程,電功的大小量度了電能的減少量,標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少.(3)W=qU=UIt是電功的計算式,適用于任何電路.

比較項額定功率實際功率概念用電器上標(biāo)的功率,即用電器正常工作時消耗的電功率用電器實際工作時消耗的電功率計算P額=U額I額P實=U實I實聯(lián)系用電器正常工作時,實際功率等于額定功率【典例1】將分別標(biāo)有“220V

100W”“220V

60W”的兩個燈泡(電阻不變)串聯(lián)后接到220V的電源上.(1)兩燈泡的實際功率各是多少?哪個燈泡更亮?(2)通電0.5h,兩燈泡各消耗多少電能?

60W燈泡兩端的實際電壓U2實=IR2,燈泡的實際功率P2實=U2實I=I2R2=23.3W.因為P2實>P1實,所以60W的燈泡更亮.(2)100W燈泡消耗的電能W1=P1實t=25200J,60W燈泡消耗的電能W2=P2實t=41940J.答案:(1)14.0W

23.3W

60W的燈泡更亮(2)25200J

41940J探究二焦耳定律問題情境電熱水器是生活中常用的一種電加熱器,如圖所示.其內(nèi)部電熱元件的電阻為R,電路接通后,通過電熱水器的電流為I.答案:電流通過電熱水器做功時,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,即電流做的功W等于電熱水器產(chǎn)生的熱量Q,有Q=W=UIt,根據(jù)U=IR,得熱量Q的表達(dá)式為Q=I2Rt.1.若通電時間為t,如何計算電流通過電熱水器產(chǎn)生的熱量?2.如何計算電流的發(fā)熱功率?電流的發(fā)熱功率一定與電流做功的功率相等嗎?

3.若把電熱水器換成電風(fēng)扇接入電路,則電流做的功與電流通過電風(fēng)扇產(chǎn)生的熱量是什么關(guān)系?電流做功的功率與電流通過電風(fēng)扇的發(fā)熱功率是什么關(guān)系?答案:電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動是靠電動機(jī)帶動的,電風(fēng)扇工作時電動機(jī)從電源獲得能量,一部分轉(zhuǎn)化為電風(fēng)扇的機(jī)械能,另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度看,三者滿足W電=Q+W機(jī)械,其中

W電=UIt,Q=I2Rt,W電>Q.對應(yīng)的功率關(guān)系為P電=P熱+P機(jī)械,其中

P電=UI,P熱=I2R,P電>P熱.4.含有電動機(jī)的電路可看成哪種電路?能量轉(zhuǎn)化時,它與純電阻電路有何區(qū)別?5.有“220V

40W”的白熾燈和“220V

40W”的電動機(jī),把它們并聯(lián)后接到220V的照明電路中,二者都能正常工作,它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同嗎?為什么?答案:含有電動機(jī)的電路可看成非純電阻電路.能量轉(zhuǎn)化時,在非純電阻電路中,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能;在純電阻電路中,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.答案:不相同.電動機(jī)和白熾燈消耗的電能相同,電動機(jī)把一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,另一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;白熾燈消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.過程建構(gòu)純電阻電路和非純電阻電路的比較.比較項純電阻電路非純電阻電路用電器舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動機(jī)、電解槽能量轉(zhuǎn)化能量關(guān)系W=Q+E其他,即UIt=I2Rt+E其他功率關(guān)系P=P熱,即UI=I2RP=P熱+P其他,即UI=I2R+P其他是否遵守歐姆定律說明:不管是純電阻電路還是非純電阻電路,計算電功時都可以用W=UIt,計算電功率時都可以用P=UI,計算電熱時都可以用Q=I2Rt,計算熱功率時都可以用P=I2R.若用變形式,就要考慮是不是純電阻電路,是否遵守歐姆定律.【典例2】一電動車動力電源上的銘牌標(biāo)有“36V10A·h”字樣.假設(shè)工作時電源的輸出電壓恒為36V,額定輸出功率為180W,由于電動機(jī)發(fā)熱造成的損耗為P熱,其他損耗不計,電動車的效率為80%,則下列說法正確的是(

)A.額定工作電流為10AB.電池充滿電后總電荷量為3.6×103CC.電動車電動機(jī)線圈的電阻為7.2ΩD.電動車保持額定功率行駛的最長時間是2h

答案:D【典例3】有一個直流電動機(jī),把它接入0.2V電壓的電路時,電動機(jī)不轉(zhuǎn),測得流過電動機(jī)的電流是0.4A;把它接入2V電壓的電路中,電動機(jī)正常工作,工作電流是1A.(1)求這臺電動機(jī)線圈的電阻;(2)求這臺電動機(jī)正常工作時的輸出功率;(3)如果在正常工作時,轉(zhuǎn)子突然被卡住,則此時電動機(jī)的發(fā)熱功率為多大?

答案:(1)0.5Ω

(2)1.5W

(3)8W課堂評價答案:BCD

答案:C2.室內(nèi)有幾種用電器:1.5kW的電飯煲、200W的電冰箱、750W的取暖器、250W的電視機(jī)和2kW的空調(diào)器.如果進(jìn)戶線處有13A的保險絲,供電電壓為220V,在這種情況下,下列不能同時使用的是(

)A.電飯煲和電冰箱B.取暖器和空調(diào)器C.電飯煲和空調(diào)器D.電冰箱、電視機(jī)和空調(diào)器3.(多選)某公司推出了“刀片電池”.一塊“刀片電池”的容量是200A·h,平均工作電壓是3.2V,充滿電需要的時間為1h,下列說法正確的是 ()A.刀片電池充滿電后儲存的電荷量是200CB.刀片電池充滿電后儲存的電荷量是7.2×105CC.刀片電池充滿電后儲存的電能是640kJD.刀片電池充滿電后儲存的電能是0.64kW·h答案:BD4.(2022·浙江卷)某節(jié)水噴灌系統(tǒng)如圖所示,水以v0=15m/s的速度水平噴出,每秒噴出水的質(zhì)量為2.0kg.噴出的水是從井下抽取的,噴口離水面的高度保持H=3.75m不變.水泵由電動機(jī)帶動,電動機(jī)正常工作時,輸入電壓為220V,輸入電流為2.0A.不計電動機(jī)的摩擦損耗,電動機(jī)的輸出功率等于水泵所需要的輸入功率.已知水泵的抽水效率(水泵的輸出功率與輸入功率之比)為75%,忽略水在管道中運(yùn)動的機(jī)械能損失,則(

)A.每秒水泵對水做功為75JB.每秒水泵對水做功為2