12.1电路中的能量转换-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019必修第三册）

第十二章 电能 能量守恒定律 第一节 电路中的能量转化 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)理解电功、电功率和焦耳定律的概念。 (2)理解电功和电热的区别和联系。 科学思维 (1)通过推导电功公式和焦耳定律，能用焦耳定律解释生活中的相关现象。 (2)通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功实现的。 科学探究 从能量转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，加深对功与能量转化关系的认识。 科学态度与责任 联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。 知识点一　　电功和电功率 1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。 2．电功 (1)定义：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。 (2)公式：W＝UIt。 (3)单位：国际单位是焦耳，符号是J。 3．电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)单位：国际单位是瓦特，符号是W。 对于纯电阻电路，由欧姆定律I＝可得 (1)W＝UIt＝I2Rt＝t。 (2)P＝UI＝I2R＝。 4.对电功的理解 (1)从能的角度看，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。 (2)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。 5.对电功率的理解 (1)电功率表示电流做功的快慢或用电器消耗电能的快慢。 (2)公式P＝＝UI对任何电路都适用。 6.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率。当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。 (2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。 7.串联电路功率关系 (1)各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。 (2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋Un)I＝P1＋P2＋…＋Pn。 8.并联电路功率关系 (1)各支路电压相同，根据P＝，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。 (2)总功率P总＝UI＝U(I1＋I2＋…＋In)＝P1＋P2＋…＋Pn。 总结：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。 知识点二 　焦耳定律及身边的电热 思考：标有“220 V　60 W”的白炽灯和“220 V　60 W”的电风扇，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？为什么？ 提示：不同，因为电风扇是非纯电阻元件，因此不能用Q＝t求它在正常工作时产生的电热，只能用Q＝I2Rt求其所产生的电热，因内阻未知，所以无法计算。但我们可以从能量转化的角度来分析，白炽灯通电时将电能全部转化为内能，而电风扇通电后消耗的电能一部分转化为电热，另一部分转化为机械能。 1.焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比。这就是焦耳定律。 (2)公式：Q＝I2Rt。 (3)在只含电阻的纯电阻电路中，由U＝IR，可推得Q＝t。 2.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电能除部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。 (3)纯电阻电路中：W＝Q；P＝P热； 非纯电阻电路中：W＝Q＋E其他≥Q；P＝P热＋P其他≥P热。 3.身边的电热 (1)如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的热效应工作的。 (2)电流热效应的危害 如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热，降低电能的传输效率，电流过大，散热不好，还会烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。 4.两种电路的比较 比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器 欧姆定律 遵循欧姆定律，I＝ 不遵循欧姆定律，U>IR或I< 能量转换 电流做的功全部转化为内能 电流做的功除转化为内能外还要转化为其他形式的能 元件举例 电阻、电炉、白炽灯等 电动机、电解槽等 5.含电动机电路的功率计算 (1)电动机模型：如图所示，电动机由线圈电阻和其他元件组成。电动机正常工作时，部分电压加在线圈电阻上，大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能，此时电路为非纯电阻电路；电动