(讲义)第2章 8.焦耳定律 电路中的能量转化-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(教科版2019)

8．焦耳定律　电路中的能量转化 学习任务 1．理解电功与电功率的概念；知道焦耳定律的物理意义；了解纯电阻电路和非纯电阻电路中能量的转化；从能量转化和能量守恒的角度理解电功与电热的区别。 2．知道电流做功的过程就是电能与其他形式能量转化的过程。 3．能从能量的转化角度推导焦耳定律，关注焦耳定律在生活、生产中的应用。 4．了解科学技术与社会环境的关系，具有节约能源的意识，培养自觉保护环境的行为习惯。 一、电功　电功率 1．电功 (1)定义：电场力移动电荷所做的功，简称电功。 (2)公式：W＝UIt，此式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和通电时间t三者的乘积。 (3)单位：焦耳，符号是J。 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106 J。 (4)电流做多少功，就表示有多少电能转化为其他形式的能。 2．电功率 (1)电流所做的功W与做这些功所用时间t的比叫作电功率，它在数值上等于单位时间内电流所做的功。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)单位：瓦特，符号是W,1 W＝1 J/s。 二、焦耳定律　热功率 1．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)表达式：Q＝I2Rt。 2．热功率 (1)定义：电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比。它在数值上等于单位时间内电流通过电阻所产生的热量。 (2)表达式：P热＝I2R。 (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量。 三、电路中的能量转化 1．电源是把其他形式的能转化为电能的装置。电源提供的能量一部分消耗在外电路上，电能转化为其他形式的能；一部分消耗在内电路上，电能转化为内能。 2．能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即：EIt＝UIt＋I2rt。 功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI＝UI＋I2r。 对于外电路是纯电阻的电路，其能量关系和功率关系分别为：EIt＝I2Rt＋I2rt，EI＝I2R＋I2r。 当外电路短路时：I0E＝Ir，即发生短路时，电源释放的能量全部在内电路上转化成内能，这种状态很危险。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。 (√) (2)电功率越大，表示电流做功越多。 (×) (3)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路。 (√) (4)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝没有任何区别，它们表达相同的意义，所示P即是电功率。 (×) 2．当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　) A．3 V,1.8 J　　 B．3 V,3.6 J C．6 V,1.8 J D．6 V,3.6 J D　[根据公式W＝Uq可知，当通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J时，电阻的两端电压为3 V，此时的电流为I；若在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻，表明后者的电流是前者的二倍，则说明后者的电压也是前者的二倍，即在其两端需加的电压为3 V×2＝6 V，消耗的电能为W＝6 V×0.6 C＝3.6 J，选项D正确。] 3．通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流为时，则在时间t内产生的热量为(　　) A．4Q　　　B．2Q　　　C．　　　D． C　[由电热公式Q＝I2Rt可得Q′＝·2Rt＝I2Rt＝，故选项C正确。] 千瓦时是电功的单位还是电功率的单位？电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功？ 提示：千瓦时是电功的单位，电能表是测量电路中消耗的电功。 考点1　电功率的计算 1．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。 2．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。 3．结论 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。 【典例1】　有额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是(　　) A　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　D 思路点拨：(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和。 (2)串联电路中，功率与电阻成正比；并