12.1电路中能量的转化 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

1.2电路中能量的转化 课本前言： 电热水壶通电时，电能转化为内能 电动机通电时，电能转化为机械能 蓄电池充电时，电能转化为化学能。 我们知道能量的转化是通过做功来实现的， 那么电能转化为其他形式的能的过程，是通过什么做功来实现的呢？ 通过电流做功——电功 一. 电流做功的认识 问题：如图表示一段电路，这段电路两端的电势差是 U，电路中的电流为 I，电荷从左向右定向移动，请推导出时间t内恒定电场力对电荷所做的功。 一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压U，自由电荷定向移动的速率为v，设导体的横截面积为s，导体单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为q。 (1)导线中恒定电场强度为：E= (3)电场对单个自由电荷做功为W=Eqx=Eqvt (4)该段导体自由电荷数目为N=nSl (5) t时间内电场对全部自由电荷做功 W总=NW=nSlEqvt=nSqvUt=IUt S U l - vt v (2) t时间内自由电荷运动位移x=vt (一) 电功W：电流通过电路时所做的功。 二.电功和电功率 1.实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。 自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。电功是电能转化为其他形式能的量度。 2.定义式: W=UIt 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 适用范围：任何电路 3.电功的单位： 焦(J) 千瓦时(kW·h) 　1kW·h＝ J 3.6×106 (二) 电功率P：表示电流做功的快慢 1.定义：单位时间内电流所做的功 3.单位：瓦（W） 常用单位：千瓦（kW） 2.公式： 适用范围：任何电路 ②实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率。 ①额定功率：用电器长期正常工作时最大功率，也就是用电器工作在额定电压下的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率） 4.额定功率和实际功率 注：为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。 电流通过电路做功时，电能会转化为哪种形式的能量，要看电路中有哪种类型的用电器。 其中，电能转化为内能是最普遍的现象。 例：电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全部转化为内能。 电流通过导体时发热是一种普遍的现象，称为电流的热效应。 （二）焦耳定律 1.表达式： Q=I2Rt （一）电流的热效应：电流通过导体时发热的现象。 三.电热和热功率 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比 这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律,是实验定律 适用范围：计算任何电路导体的发热 2.实验演示 公式 （三）热功率P：一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。 P热=I2 R P=UI （一切电流做功的功率） 总功率 （专指电流做功用来发热的功率） 热功率 功率比较： 纯“发热”元件（纯电阻）的电功和电热 此时，电路中的电能全部转化为导体的内能，即电流在这段电路中做的功 W 等于这段电路产生的热量 Q。 对纯发热元件，即纯电阻电路中：U ＝ IR 注意：不能误认为Q ＝ I2 Rt 是由 W= UIt 推导出来的。 W=UIt Q=I2 Rt 可得 W=Q 思考：纯电阻电路中电能会完全转化为内能，如果是非纯电阻电路，能量又是如何转化的呢？ （一）纯电阻电路：只含有电阻的电路，如电炉、电烙铁、白炽灯等。 特点： 电能全部转化为内能。 四.电路中的能量转化 W=Q （二）非纯电阻电路：电路中含有电动机或有电解槽的电路． 特点： 电能只有一部分转化为内能 W=Q+E其它 UIt >I2Rt U>IR 非纯电阻电路，欧姆定律不成立。 1.电动机的功率 ①输入功率：电动机消耗的总功率 ②发热功率：线圈上电阻r的发热功率 ③输出功率：即机械功率 P入＝ P总＝ UI P热＝I 2r 三者关系为：P入＝P热＋P出 P出 ＝UI－I 2r =P机 （三） 含电动机电路的分析 2.电动机的效率 【练习】甲、乙两灯分别标有“6V　3W”和“6V　6W”字样，先将两灯串联后接在电压为U的电路中，甲灯的功率为P1；再将两灯并联后接在同一电压下，乙灯的功率为P2。两次灯泡均安全，忽略温度对灯丝电阻的影响，则P1∶P2为（　　） A．9∶2 B．2∶9 C．4∶9 D．1∶9 【练习】某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流