2.8 焦耳定律 电路中的能量转化 课件 -2023-2024学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

第二章 电路及其应用 第 8 节 焦耳定律 电路中的能量转化 教学目标 1 2 3 理解焦耳定律和电路中的能量转化. 理解电功率的概念和公式,能进行有关的计算. 理解电功的概念, 理解电功的公式,能进行有关的计算. 用电器通电后,可以将电能转化成其他形式的能量,下面两个常见的用电器，请同学们说明其能量的转化情况. 新课引入 常 见 的 用 电 器 用电器把电能转化成其他形式能的过程,就是电流做功的过程.电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢? 电场力做功就是W=qU= IUt 　　 一段电路两端的电压为U,通过的电流为I, 则在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量为q=It 1．电功 (1) 定义： 在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功． (2) 表达式： W＝qU＝UIt 电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流 I 、电路两端的电压U、通电时间 t 三者的乘积． 电功是电能转化为其他形式能的量度. (3)电功的作用： (4)电功的单位： 焦耳(J) 千瓦时(kW·h) 1kW·h＝3.6×106J 一、电功 电功率 2．电功率． (1)定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率． (2)表达式：P＝＝UI (3)单位：瓦特，符号W. (4)物理意义：表示电流做功的快慢． （电功率普适公式） 电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积． 为什么用电器通电后会发热呢？ 电烙铁 电熨斗 在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能全部转化为内能。 交流讨论： 取暖器通电后，取暖器丝热得发红，而与取暖器丝相连的导线却不怎么热，为什么？ 因为，取暖器丝，电阻非常大。 电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢? 电流在这段电路中做的功W等于这段电路产生的热量Q，即Q=W=IUt 由欧姆定律 U=IR，得热量Q的表达式 Q＝I2Rt 1．焦耳定律． (1)内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比． (2)表达式：Q＝I2Rt （电热普适公式) (3)适用范围：Q＝I2Rt可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热)． (4)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能． 2．热功率． 二、焦耳定律 热功率 电流通过导体发热的功率．热功率也是电能转化为内能的功率. (1)定义： (2)表达式 （热功率普适公式) 你还能举例吗？ 电饭煲 电熨斗 电流的热效应在实际生产生活中有广泛的应用。 生活应用： 电热水器 电暖气 从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。 设电动机消耗的功率为P电，电动机对外做功，输出的功率为P机，电动机工作时自身也有能量损失，对应的功率为P损，它们之间满足P电= P机+P损 其中P电= UI,若只考虑线圈发热产生的能量损失，则有P损= P热 电路中消耗的电功率一定等于热功率吗？ 交流讨论： 三、电路中的能量转化 （1）在时间t内外电路中有多少电能转化为内能？ Q外=I2R t （2）在时间 t 内，内电路中电流做功产生的热为多少？ Q内=I2 r t （3）电流流经电源时，在时间t内非静电力做多少功？ W=Eq＝ EIt （4）根据能量守恒定律，以上各能量之间有什么关系？ 设电源电动势为 E ，内阻为 r，外电路的用电器都是纯电阻 ,阻值为 R ，闭合电路的电流为 I。从能量转化方面考虑。 设电源电动势为 E ，内阻为 r，外电路的用电器都是纯电阻 ,阻值为 R ，闭合电路的电流为 I。从能量转化方面考虑。 W = Q外+ Q内 即 EIt = I 2Rt ＋I 2 rt 根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和。 EI = I 2R ＋I 2 r 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体现。 三、电路中的能量转化 设电源电动势为 E ，内阻为 r，外电路的用电器都是纯电阻 ,阻值为 R ，闭合电路的电流为 I。从能量转化方面考虑。 W = Q外+ Q内 即 EIt = I 2Rt ＋I 2 rt 根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和。 EI = I 2R ＋I 2 r 发生短路时：EI =I 2 r，电源释放的能量全部在内电路中转化为内能，危险！容易损坏电源，甚至可能引起火灾。 三、电路中的能量转化 一、电功和电功率 1、电功:在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的