第二章 8.9 焦耳定律 电路中的能量转化 家庭电路-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（教科版2019）

8．焦耳定律　电路中的能量转化 9．家庭电路 1．知道电流做功的实质，理解电功和电功率的概念。2.掌握焦耳定律，理解热功率的概念。3.理解电功和电热、电功率和热功率的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。4.能从能量转化与守恒的角度理解电路中的能量转化。5.了解安全用电和节约用电常识。 一　电功和电功率 1．电功 (1)与电能的关系：电能转化为其他形式能量的过程就是电流做功的过程，电流做功的多少等于电能转化为其他形式能量的数量。 (2)公式：W＝UIt。它表明，电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。 (3)单位：在国际单位制中单位是焦耳，简称焦，符号是J。 (4)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力所做的功。 2．电功率 (1)定义：电流所做的功W与做这些功所用时间t的比。 (2)公式：P＝＝UI。它表明，一段电路上消耗的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积。 (3)单位：在国际单位制中单位是瓦特，简称瓦，符号为W。 (4)意义：描述电能转化为其他形式能量的快慢或者是电流做功的快慢。 二　焦耳定律 1．内容：电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比、跟导体的电阻R成正比、跟通电时间t成正比。 2．公式：Q＝I2Rt。 3．焦耳热：电流通过电阻而产生的热。 4．热功率 (1)定义：电流通过电阻产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比。 (2)公式：P热＝＝I2R。 三　电路中的能量转化 1．在外电路中，电场力做功，将电源输出的电能转化为其他形式的能量。例如，在电阻元件中，电流使电阻发热，电能全部转化为内能，电功率等于热功率，即P电＝P热；在电动机、电解槽等用电器中，电能要分别转化为机械能、化学能等，还有一部分转化为内能，这时P电＝P热＋P其他，热功率只占电功率的一小部分。 2．式子IE＝IU＋I2r可以描述闭合电路中的能量转化情况。它的物理意义是：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和。因此，闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体体现。 3．当外电路电阻R为零(短路)时，路端电压U也等于零，这时的电流称为短路电流I0，此时有I0E＝Ir。可见，发生短路时，电源释放的能量全部在内电路中转化成内能，这种状况很危险。 四　家庭电路 1．安全用电 (1)安装可靠的接地线。 (2)过载保护与漏电保护。 家庭电路中使用的是低压断路器，又称自动空气开关。 2．节约用电 (1)尽量使用节能的用电器。 (2)合理使用空调。 (3)较长时间不使用的电器，请关闭电源。 判一判 (1)电功与电能的单位相同，电功就是电能。(　　) (2)电功率越大，电功越大。(　　) (3)1千瓦时＝3.6×106 J。(　　) (4)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。(　　) (5)根据I＝、P＝UI可导出P＝，该公式可用于任何用电器。(　　) (6)电流通过电解槽时，电功大于电热。(　　) (7)36 V的电压对人体一定是安全的。(　　) (8)发电与用电是“生产—消费”的关系，不存在节约用电的必要性。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)× 探究　电功和电功率 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：电路中电(势)能如何转化为其他形式的能？ 提示：自由电荷在电场力的作用下定向移动，电场力对自由电荷做功，电荷的电势能减少，转化为其他形式的能。 活动2：如果通过图中电路的电流为I，则在时间t内通过这段电路任一截面的电荷量是多少？ 提示：在时间t内通过图中这段电路任一截面的电荷量为q＝It。 活动3：在时间t内，电流通过图中电势差为U的一段电路，电场力做的功是多少？ 提示：恒定电场和静电场中电场力做功的规律相同，可以用W＝Uq计算电场力做的功。又由于q＝It，故W＝UIt。 活动4：用什么来衡量电流做功的快慢？请写出其表达式。 提示：做功快慢用功率来表示，电流做功的快慢就用电功率P来表示。P＝＝UI。 1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。自由电荷在电场力作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加，电能转化为其他形式的能。 2．电功和电功率 (1)电流做的功W＝UIt。它是电能转化为其他形式的能的一种量度。电流做了多少功，一定有多少电能转化为其他形式的能(如内能、机械能)。每个家庭的电表记录的就是电功，即这个家庭一段时间内消耗的电能。 (2)电功率P＝＝UI，它表示电流做功的快慢。 (3)电流做的功也可以通过电功率进行计算。W＝Pt，电表上的单位kW·h(度)就是这样来的。 3．串、并联电路中电功率的分析与计算