第12章 第1节 电路中的能量转化（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

　电能　能量守恒定律 第十二章　 第1节　电路中的能量转化 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课后　限时作业 [学习目标]　1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念，知 道它们的区别与联系（物理观念）.2.理解焦耳定律，能用焦耳 定律解释生产生活中的相关现象（科学态度与责任）.3.能从能 量的转化和守恒的角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解 电功和电热的区别与联系（科学思维）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课前　教材预案 知识点一　电功和电功率 1.电功 （1）电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的 ⁠ 在做功，电能转化为其他形式的能，是通过 ⁠ 来实现的. 静 电力　 电流做 功　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）电功的计算公式：W＝ ，单位： ⁠，符号 为 ⁠. 常用的单位：千瓦时（kW·h），也称“ ”，1 kW·h ＝ ⁠ J. UIt　 焦耳　 J　 度　 3.6×106　 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.电功率 （1）定义：电流在一段电路中所做的功与通电 之比. （2）公式：P＝＝ ⁠. （3）单位： ，符号为 ⁠. （4）意义：表示电流做功的 ⁠. 时间　 UI　 瓦特　 W　 快慢　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点二　焦耳定律 1.焦耳定律 （1）内容：电流通过导体产生的热量跟 ⁠成 正比，跟导体的 及 成正比. （2）表达式：Q＝ ⁠. 2.热功率 （1）定义： 内的发热量称为热功率. （2）公式：P热＝I2R. 电流的二次方　 电阻　 通电时间　 I2Rt　 单位时间　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点三　电路中的能量转化 1.电动机消耗的功率P电＝ ⁠. 2.电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R. 3.电动机输出功率P机＝UI－I2R. UI　 返回目录 物理　必修　第三册 　 1.判断下列说法的正误. （1）电流做的功越多，电功率越大. （　×　） （2）电功公式W＝UIt适用于任何电路. （　√　） （3）电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热. （　×　） （4）电热的表达式Q＝I2Rt适用于任何电路. （　√　） × √ × √ 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.手机电池在供电过程中，电池内发生了化学变化，将化学能 转化为 ；某型号手机电池板的铭牌上标有“1 000 mA·h”字样，已知其充电电压为3.8 V，若该手机电池板需1 h 完成充电，则所消耗的电能为 ⁠kW·h. 电能　 0.003 8　 返回目录 物理　必修　第三册 　 课堂　深度探究 考点一　电功和电热 【知识拓展】 1.对电功的理解 （1）从力的角度看，电流做功的实质是静电力对自由电荷 做功. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）从能的角度看，电流做功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. （3）电功W＝UIt＝qU和电功率P＝UI对任何电路都适用. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.串、并联电路中的电功率 项目 串联电路 并联电路 特点 电流相同I1＝I2 电压相同U1＝U2 电功率 计算公式 P＝I2R P＝ 功率关系 ＝ ＝ 总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.额定功率和实际功率 （1）用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率.当实际 电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率. （2）为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题1】如图所示，一幢居民楼里住着生活需求各不相同的 24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、 电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电 阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U， 进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式 是（　　） A.P＝I2R B.P＝ C.P＝IU D.P＝I2R＋ 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：居民楼中的总功率等于居民使用电器产生的功率和 线路中损耗的功率之和. 答案　C 解析　家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用 P＝UI来计算，选项C正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】一种称作地中海电鲜的电鱼能够电击它的猎物，一 般来说，在一次电击中它不必移动，就能引起0.20 kV电势 差，以18 A的电流传送电荷，持续时间为1.5 ms，则在这次电 击中（　　） A.传输的电荷量为18 C B.地中海电鲜能将机械能转化为电能 C.电鱼的电器官功率为3.6 kW D.电鱼的电器官所做的功为3 600 J 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　C 解析　在这次电击中，传输的电荷量为q＝It＝18×1.5×10－3 C＝2.7×10－2 C，选项A错误；地中海电鲜能将生物化学能转 化为电能，选项B错误；通过电鱼的电器官的电流为18 A，电 鱼的电器官功率为P＝UI＝0.2×103×18 W＝3.6×103 W，选 项C正确；电鱼的电器官所做的功为W＝Pt＝ 3.6×103×1.5×10－3 J＝5.4 J，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点二　焦耳定律 【情境导学】如图所示为一正常工作的电动机，其工作电压为 220 V. （1）电动机消耗的电能会全部转化为线圈产生的内能吗？ 答案　（1）不会，只有一部分转化为内能. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）设电动机内部线圈的电阻为r，结合欧姆定律的适用条 件，判断能否用I＝计算流过电动机的电流. 答案　（2）不能. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.电热和热功率 Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计 算任何电路产生的电热和热功率. 2.电功和电热的关系 （1）在纯电阻电路中 ①电功和电热相等，W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt. ②电功率和热功率相等，P电＝P热＝UI＝I2R＝. ③欧姆定律成立：由UIt＝I2Rt得I＝. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）在非纯电阻电路中 ①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电 功率只能用P＝UI计算. ②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算. ③欧姆定律不成立，由UIt＞I2Rt得U＞IR. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题2】关于电功和电热，下列说法正确的是（　　） A.任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt且W＝Q B.任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，但W有时不等于Q C.电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路 中适用 思维导引：分清焦耳热和电功的区别，在纯电阻电路中，二者 相等，在非纯电阻电路中，二者不相等. D.在非纯电阻电路中，电热Q＝t 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　B 解析　任何电路中电功公式W＝UIt，电热公式Q＝I2Rt都适 用，但两者不一定相等，只有在纯电阻电路中W＝Q，选项 A、C错误，B正确，在非纯电阻电路中，t不表示电功，也 不表示电热，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式2】为了生活方便，电热水壶已进入千家万户.如果将一 电热水壶接在220 V的电源两端，经时间t0电热水壶的开关自动 切断，假设热量的损失不计，电热水壶每次工作时加热的水量 相同，电热丝的阻值不受温度的影响.则（　　） 返回目录 物理　必修　第三册 　 A.如果将电热水壶接在110 V的电源两端，经2t0的时间电热水 壶的开关自动切断 B.如果将电热水壶接在110 V的电源两端，经16t0的时间电热水 壶的开关自动切断 C.如果将电热水壶接在55 V的电源两端，经4t0的时间电热水壶 的开关自动切断 D.如果将电热水壶接在55 V的电源两端，经16t0的时间电热水 壶的开关自动切断 答案　D 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　设电热丝的电阻为R，则正常工作时的功率为P0＝ ，所以水壶中的水吸收的热量为Q＝P0t，由于把水烧 开需要的热量是相等的，若电压变为110 V，则电热水壶的功 率为P1＝＝P0，设需要经过t1时间才能把水烧开，则 P1t1＝P0t0，得t1＝4t0，选项A、B错误；若电压变为55 V，则电 热水壶的功率为P2＝＝P0，设需要t2时间才能把水烧 开，则P2t2＝P0t0，得t2＝16t0，选项C错误，D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点三　电路中的能量转化 【情境导学】电吹风工作时，将电能转化为什么能？电风扇工 作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什 么能？ 答案　电吹风和电风扇工作时，将电能一部分转化成内能， 另一部分转化成机械能；电熨斗工作时，将电能全部转化成 内能. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.电动机的特性 电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热 能.在电路计算中，欧姆定律不再适用. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.电动机的三个功率及关系 输入功率 电动机的总功率，由电动机电路的电流和电压决定，即P入＝UI 输出功率 电动机做有用功的功率，P出＝P入－P热＝UI－I2r 热功率 电动机线圈有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率P热＝I2r 三者关系 P入＝P出十P热 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.电动机的效率 η＝×100％＝×100％. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题3】有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时， 电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电 压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A. （1）求这台电动机的内阻； 解析　（1）电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可 知电动机线圈的内阻r＝＝ Ω＝0.5 Ω. 答案　（1）0.5 Ω　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）求电动机正常工作时的输出功率； 解析　（2）电动机正常工作时电路为非纯电阻电路， 消耗的总功率P总＝UI＝2×1 W＝2 W， 线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W， 则电动机正常工作时的输出功率 P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W. 答案　（2）1.5 W　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热 功率为多大？ 思维导引：电动机正常工作时，输入功率等于输出功率与热功 率之和，不工作时，电压和电流的比值为电动机的电阻. 解析　（3）电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻 电路，发热功率P＝＝ W＝8 W. 答案　（3）8 W 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式3】如图甲所示的电路，电源电压保持9 V不变，小灯泡 标有“6 V　6 W”的字样，小灯泡的电流随电压的变化曲线如 图乙所示.以下说法中错误的是（　　） 　 返回目录 物理　必修　第三册 　 A.小灯泡正常发光时的电阻为6 Ω B.滑动变阻器接入电路的阻值为3 Ω时，小灯泡正常发光 C.滑动变阻器接入电路的阻值为14 Ω时，小灯泡的电功率为1 W D.当电压表的示数为4 V时，整个电路在10 s内消耗的电能是48 J 答案　D 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　小灯泡正常发光时的电压为U＝6 V，正常发光的电功率 为PL＝6 W，故小灯泡正常发光时的电阻为RL＝＝ Ω＝6 Ω，选项A正确；小灯泡与滑动变阻器串联，电流相等.故小灯 泡正常发光时电路的电流为I＝＝ A＝1 A，故此时滑动变阻 器接入电路的阻值为RR＝＝ Ω＝3 Ω，选项B正确； 返回目录 物理　必修　第三册 　 由图乙可知，当小灯泡两端的电压为2 V时，电路中的电流为 0.5 A，故此时小灯泡的电功率为P＝UI＝2 V×0.5 A＝1 W，则 此时滑动变阻器接入电路的阻值为R'R＝＝ Ω＝14 Ω， 选项C正确；由乙图可知，当电压表的示数为4 V时，即当灯泡 两端的电压为4 V时，电路中的电流为0.8 A，则整个电路在10 s内消耗的电能是W＝UIt＝9 V×0.8 A×10 s＝72 J，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课末　随堂演练 1.（电功和电热）（多选）下列关于电功、电功率和焦耳定律 的说法正确的是（　　） A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B.W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电 路 C.在非纯电阻电路中，UI＞I2R D.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路 答案　BCD 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　电功率公式P＝，表示电功率越大，电流做功越 快，对于一段电路，有P＝IU，I＝，焦耳热Q＝Rt， 可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大， 选项A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路， 而I＝只适用于纯电阻电路，选项B正确；在非纯电阻电路 中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W＞Q，故 UI＞I2R，选项C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于 任何电路，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.（电热）取两完全相同的电阻丝，第一次将两电阻丝串联， 第二次将两电阻丝并联，两次在电阻丝两端加相同的电压.若 两次两电阻丝产生的热量均为Q，第一次用时t串，第二次用时t 并，则先后两次所用时间之比为（　　） A.1∶1 B.2∶1 C.4∶1 D.1∶4 答案　C 解析　设每个电阻丝的电阻为R，则R串＝2R，R并＝，由Q＝ t得t串∶t并＝4∶1，选项C正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.（电功和电热）（多选）如图所示为一充电器对锂电池充电 的电路图，已知输出电压为U＝3.0 V，输出电流为I＝100 mA，锂电池的内阻r＝2 Ω.则在充电时间为t＝1 min的时间 内，下列说法正确的是（　　） A.有270 J的电能转化为化学能 B.充电过程中电流做的功为18 J C.该过程中锂电池产生的热量为1.2 J D.该过程中有16.8 J的化学能储存在锂电池中 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　BCD 解析　充电过程中，充电器对锂电池充电时电流做的功为W＝ UIt＝18 J，锂电池产生的热量为Q＝I2rt＝1.2 J，转化为化学能 的电能为E＝W－Q＝16.8 J，该过程中有16.8 J的化学能储存 在锂电池内，选项B、C、D正确，A错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.（电路中的能量转化）如图所示，A为电解槽，M为电动 机，N为电炉丝，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω.当S1 闭合，S2、S3断开时，电流表A示数为6 A；当S2闭合，S1、S3 断开时，电流表A示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当 S3闭合，S1、S2断开时，电流表A示数为4 A.求： 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　（1）电炉丝为纯电阻元件，由欧姆定 律得RN＝＝2 Ω， 其发热功率PN＝UI1＝12×6 W＝72 W. 答案　（1）2 Ω　72 W　 （1）电炉丝的电阻及发热功率； 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）电动机的内阻； 解析　（2）电动机为非纯电阻元件，由功能关 系得UI2＝rM＋P输出， 所以rM＝＝ Ω＝1 Ω. 答案　（2）1 Ω　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率. 解析　（3）电解槽工作时，由功能关系得 P化＝UI3－rA＝12×4 W－42×2 W＝16 W. 答案　（3）16 W 返回目录 物理　必修　第三册 　 $$