12.1电路中的能量转换 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十二章 电能 能量守恒定律 12.1 电路中的能量转化 制作人：曹译元、唐晓兰 核心素养 物理观念 理解电功、电功率、电热、热功率的概念和区别，并能进行有关的计算。 通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生分析、推理能力。 知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别。 探究电功、电热与其他形式的能在非纯电阻电路中转化的关系。 科学思维 科学探究 科学态度与责任 新课导入： 现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如：电灯、电热水壶、电动机、蓄电池… 那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？ 电能转化为其他形式的能， 通过电流做功来实现。 新知讲解： 一、电功 如下图所示，一段电路两端的电压为 U ，通过的电流为 I ，求在时间 t 内通过这段电路任一横截面的电荷量 q 为多少？ q q U 时间 t 内通过横截面的电荷量： 自由电荷在静电力作用下定向移动 q = It 电场力做功： W电 = qU 即： W电 = UIt 新知讲解： 一、电功 W 电流在一段电路上所做的功 W 等于这段电路两端的电压 U 、电路中电流 I 和通电时间 t 三者的乘积。 1.电功：在一段电路中静电力所做的功（电流所做的功），称为电功。 2.公式： 3.单位：焦耳 符号：J 单位关系：1 度 = 1 kW·h = 3.6×106 J 适用于任何电路 新知讲解： 二、电功率 P 1.电功率：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率。 2.公式： 电流在一段电路中做功的电功率 P 等于这段电路两端的电压 U 与电流 I 的乘积。 3.单位：瓦特 符号：W 单位关系：1 kW = 103 W = 106 mW 4.物理意义：表示电流做功的快慢。 适用于任何电路 5.无论串联、并联电路，电路消耗总功率等于各电阻消耗的功率之和。 几种常见家用电器的额定功率 用电路 29寸彩电 电熨斗 电冰箱 微波炉 台灯 额定电压（V） 220 220 220 220 220 额定功率（W） 70～150 300～800 100～150 800～1200 40～60 新知讲解： 二、电功率 P P ＝ P1 ＋ P2 ＋ P3 ＋ ··· 6.额定功率和实际功率： 用电器铭牌上所标称的功率是额定功率；用电器在实际电压下工作的功率是实际功率。 （用电器只有在额定电压下工作，实际功率才等于额定功率） 新知讲解： 三、焦耳定律（实验定律） 电流做功的过程是电路中的能量发生转化… 1.内容： 电流通过导体产生的热量 Q 跟电流 I 的二次方成正比，跟导体的电阻 R 及通电时间 t 成正比。 2.公式： 电热（ J ） 适用于任何电路 3.热功率：电流通过导体发热的功率。 电流做功全部变成热量 适用于任何电路 新知讲解： 三、焦耳定律 4.电功率与热功率的区别与联系： (1)区别： 电功率是指某段电路的总功率，即电路上消耗的全部电功率，P电＝UI 。 热功率是指元件因发热而消耗的功率，P热＝I2R 。 (2)联系： 对纯电阻电路而言，电功率等于热功率； 对非纯电阻电路来说，电功率等于热功率与转化为除内能外其他形式的能的功率之和。 新知讲解： 四、电路中的能量转化 （如电炉、电烙铁，白炽灯及被卡住的电动机等器件组成的电路） 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内能。 W电 Q = UIt I2Rt 电热器把电能转化为内能 电能 内能 = 2.非纯电阻电路： 在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。 新知讲解： 四、电路中的能量转化 （转动的电动机或发生化学反应的电解槽等） W其 UIt I2Rt > M 电能 内能+其他形式的能 电动机把电能转化为机械能 W电 Q 欧姆定律不适用于非纯电阻电路！ 新知讲解： 四、电路中的能量转化   纯电阻电路 非纯电阻电路 电功 W电＝ UIt W电＝ UIt 电热 Q ＝ I2Rt Q ＝ I2Rt 电功率 P电＝ UI P电＝ UI 热功率 P热＝ I2R P热＝ I2R ＝ I2Rt ＝ 特别提醒：计算电功时都可以用 W＝Uit ，功率都可以用 P＝UI ，热量都可以用Q＝I2Rt ，热功率都可以用 P＝I2R ，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。 ＝ UIt ＝ ＝ I2R ＝ ＝ UI ＝ 例题讲解： 新知讲解： 四、电路中的能量转化 3.电动机的功率和效率： (4)电动机的效率： (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率。 P入 ＝ P电 ＝ UI P热 ＝ I2r P出 ＝