第五章 第一节 电路中的能量-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

[本章学业要求] 物理观念:在本章的学习中,我们将初步了解自然界存在哪些能量的形式、能量之间是否可以相互转化、在转化过程中能量的“量”存在怎样的规律、能量的转化是否存在方向性,以及是否存在环保且可再生能源,同时也将认识到如果不有效利用能源、保护环境,将会给人类带来怎样的灾难。理解电功、电功率的概念并能进行相关的计算。知道焦耳定律,知道电功率与热功率的区别和联系。 科学思维:知道纯电阻电路和非纯电阻电路的区别,会结合实际问题区分电功和电热。理解闭合电路的各种功率及相关运算。 科学探究:能通过上网查询,提出如何保护环境、节约能源的问题;能通过咨询或调研来收集证据;能分析证据,对调研所得结果进行解释;能完成与能源和可持续发展相关的调研报告并进行交流。 科学态度与责任:知道能源的利用方式;理解能量守恒定律;理解能源、环境与人类生存的关系;知道能源的开发和利用对环境造成的影响。 第一节　电路中的能量 [课标引领] 学业质量水平要求 合格性考试 1.对电功、电功率的概念有初步的了解;能够用焦耳定律解释一些自然现象,并将其应用在生活中。 2.会区分纯电阻电路和非纯电阻电路,并在生活中找到相应的例子。 3.了解科学技术与社会环境的关系,具有节约能源的意识,培养自觉保护环境的行为习惯 选择性考试 1.深入理解电功和电功率的概念;知道焦耳定律的物理意义;了解纯电阻电路和非纯电阻电路中的能量转化;从能量转化和能量守恒的角度理解电功和电热的区别。 2.能从能量转化角度推导焦耳定律;关注焦耳定律在生产、生活中的应用 一、电功和电功率 电流做功的快慢与电流做功的多少是否相同?各用什么物理量表示呢? 答案:不相同;电流做功的快慢用电功率表示,电流做功的多少用电功表示。 1.电功 (1)定义:电流通过一段电路时,自由电荷在电场力的推动下做定向移动,电场力对自由电荷所做的功,称为电功。 (2)公式:W=UIt,单位:焦耳,符号:J。 2.电功率 (1)定义:电流做功与完成这些功所用时间之比叫作电功率。 (2)公式:P==UI,单位:瓦特,符号:W,1 kW=1×103 W。 二、焦耳定律 通过电阻R的电流为I时,在t时间内产生的热量为Q,若电阻为2R,电流为,则在时间t内产生的热量为多少? 答案:根据Q=I2Rt得,电阻变为原来的2倍,电流变为原来的,时间不变,Q′=()2·2R·t=I2Rt=Q。 1.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,与导体的电阻及通电时间成正比。 (2)公式:Q=I2Rt。 2.热功率:一段电路因发热而消耗的功率,P=I2R。 三、闭合电路中的能量 如图电风扇和电熨斗都是通过电流做功进行工作的电器。请思考: (1)电风扇工作时,将电能主要转化为什么能? (2)电熨斗工作时,将电能主要转化为什么能? 答案:(1)机械能。 (2)热能。 1.电源提供的电功率为EI。 2.外电路上消耗的电功率为U外I。 3.内电路上消耗的电功率为U内I。 4.闭合电路中的功率关系:EI=U外I+U内I。 1.判断 (1)电功与能量的单位都是焦耳,电功就是电能。(　×　) (2)焦耳定律的表达式为Q=I2Rt,此式适用于任何电路。(　√　) (3)三个公式P=UI,P=I2R,P=没有任何区别,它们表达相同的意义,所示P即是电功率。(　×　) 2.标有“220 V　40 W”的白炽灯泡和“220 V　40 W”的电动机,把它们并联后接到220 V的照明电路中,二者都能正常工作,它们在相同的时间内产生的电热相同吗? 答案:不同。“220 V　40 W”的白炽灯通电时将电能全部转化为内能,而“220 V　40 W”的电动机,通电后消耗的电能大部分转化为机械能,剩余的小部分才转化为内能。 3.在长时间使用电烙铁的过程中,当暂时不使用时,如果断开电源,电烙铁将会很快变凉,再次使用时温度不能及时达到要求,如果不断开电源,烙铁头容易“烧死”且浪费电能。因此,实验室内常用的电路如图所示,其中L为白炽灯泡,R为电烙铁。暂时不用电烙铁时,断开开关S,再次使用时闭合开关S。这样既能起到预热作用,又能保护电烙铁和节省电能。试用你学过的电学知识说明其道理。 答案:暂时不用烙铁时,断开S,L与R串联后接在电路中,整个电路电阻较大,电流很小,消耗的电功率较小,同时又使R保持预热状态;需用烙铁时,闭合S,电烙铁在额定电压下工作,很快升温。 探究点一　对电功、电功率的理解和计算 用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么原因? 答案:通电导线跟电炉丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻要大得多,由焦耳定律Q=I2Rt可知,在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热