12.1 电路中的能量转化-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019必修第三册）

12.1 电路中的能量转化 【物理核心素养】 物理观念：焦耳定律是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，能量观念 科学思维：通过对电动机电路的探究，提高学生的分析论证能力，在教学中培养学生归纳、总结的科学思维方法． 科学探究：通过分组实验，培养学生主动观察、分析和总结的能力． 科学态度与责任：通过本节教学，让学生体会到探索自然规律的科学态度。 【教学重难点】 教学重点：电功概念的建立和理解 教学难点：分析非纯电阻电路（例如电动机）能量的转化关系、区分电功和电热。 知识点一、 1．电功和电功率 W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路． 2．电热和热功率 Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率． 3．电功和电热的关系 (1)在纯电阻电路中： ①电功和电热相等，W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt； ②电功率和热功率相等，P电＝P热＝UI＝I2R＝； ③欧姆定律成立：由UIt＝I2Rt得：I＝. (2)在非纯电阻电路中： ①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算； ②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算； ③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR. 【经典例题1】如图是额定电压均为220V的灯泡L1和L2的U－I图像。下列分析不正确的是（　　） A．当L1两端的电压为100V时，其实际功率为20W B．当通过L2的电流为0.45A时，其1min消耗的电能为4320J C．将L1、L2串联，若L1两端的电压为40V，则L2的功率为8W D．将L1、L2并联，若通过L2的电流为0.5A，则L1的功率为66W 【变式训练1】下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是（　　） A．电功率越大，则电流做功越快，电路中产生的热量一定越多 B．W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中， D．热量适用于任何电路 知识点二、纯电阻电路中功率的分配与计算 1．在纯电阻电路中，由于W＝Q，I＝，所以有P＝UI＝I2R＝. 2．串、并联电路中的功率关系 串联电路 并联电路 功率分配 ＝ ＝ 总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn 3.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率．当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率． (2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率． 【经典例题2】额定电压都是110V、额定功率PA＝110W和PB＝40W的两盏电灯，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（　　） A． B． C． D． 【变式训练2】如图所示，a、b两点间的电压为9V，三个电阻的阻值分别为R1=R2=6Ω、R3=3Ω。下列说法正确的是（　　） A．R1、R2、R3两端的电压之比为2：1：1 B．R1、R2、R3消耗的电功率之比为1：1：2 C．在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为2：2：1 D．在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1：2：2 知识点三、非纯电阻电路功率的分析与计算 1．电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI. (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R. (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机． 三者关系为：P电＝P热＋P机 (4)电动机的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%. 2．串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn (2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和． 【经典例题3】有一个直流电动机，给它接0.2 V电压，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.5 A；若给电动机接2 V的电压，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。则： （1）电动机正常工作时的输出功率为多大？ （2）如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？ 【变式训练3】（多选）如图所示，图甲中M表示电动机，当滑动变阻器R的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是（　　） A．电路中电源电动势为3.6V B．滑动变阻器的滑片向右滑动时，电压表V2的读数逐渐减小 C．电