第12章 第1节 电路中的能量转化（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（人教版2019）

　第十二章　电能　能量守恒定律 第1节　电路中的能量转化(赋能课—精细培优科学思维) 课标要求 层级达标 理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 学考层级 1.理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。 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。 选考层级 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。 一、电功和电功率 1．电流做功的物理意义：电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。 2．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。 3．静电力做的功：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。即W＝UIt。 4．电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。 (2)定义式：P＝。 (3)电功率表达式：P＝UI。 (4)单位：电功的单位是焦耳(J)，电功率的单位是瓦特(W)。 　　　W＝UIt，在科学研究中称为静电力做功，在生产生活中称为电流做功，简称为电功。 二、焦耳定律　电路中的能量转化 1．焦耳定律：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。即Q＝I2Rt。 2．发热的功率：电流通过导体发热的功率P热＝I2R。 3．电路中的能量转化 (1)电动机工作时能量转化关系：电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。 (2)功率关系：P电＝P机＋P损。 (3)电池充电时能量转化关系：电能转化为化学能和内能。 [微情境·大道理] 1．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？ 提示：电吹风和电风扇都有电动机，电能转化为内能和机械能；电熨斗工作时，将电能转化为内能。 2．不同型号的白炽灯泡串联在电路中，它们的发光亮度会有明显差异，影响这个差异的主要参数是什么？该参数是如何影响灯泡亮度的？ 提示：电阻。串联电路中电流相同，根据P热＝I2R，可知电阻越大，灯泡越亮。 强化点(一)　对电功、电热的理解 任务驱动　 如图所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，电荷从左端到达右端所用的时间为t，则在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，静电力做功是多少？ 提示：由电流的定义式可得通过某截面的电荷量q＝It，根据静电力做功的公式W＝qU，可得W＝UIt。 [要点释解明] 1．电功与电功率 电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。静电力对自由电荷做功的过程，就是电荷的电势能转化为其他形式的能的过程。 (1)电功的计算公式：W＝UIt＝Pt。 (2)电功的单位：在国际单位制中电功的单位是焦耳，常用单位还有“度”，1度＝1千瓦时＝3.6×106焦耳。 (3)额定功率与实际功率： 额定功率：用电器在额定电压下工作的功率； 实际功率：用电器在实际电压下工作的功率。 为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率。 2．焦耳定律 (1)推导：设导体的电阻为R，通过的电流为I，由欧姆定律可知，导体两端的电压U＝IR，又因为Q＝W＝UIt，可得，Q＝I2Rt。 (2)注意：焦耳定律是实验规律，这里的推导过程只是为了方便大家理解。 (3)在推导过程中用到Q＝W，即电热等于电功，但其实在非纯电阻电路中，焦耳定律依然成立。 [题点全练清] 1．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 D．在非纯电阻电路中，电热Q＝t 解析：选B　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，故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，D错误。 2．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　 ) 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．静电力做功使金属导体内的自由电子定向运动的速率越来越大 C．电流通过电动机时的电功率和热功率相等 D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路 解析：选D　对于一段电路，Q＝Pt，即Q与P、t都有关，所以P越大，Q不一定越大，故A错误；由电流的微观表达式I＝neSv，同一金属导体内电流不变，所以电子定向运动的速率不变，故B错误；在电动机中，电流做的功＝焦耳热＋机械能，所以W>Q，即IU>I2R，故C错误；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，故D正确。 3．一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物，一般