第5章 第1节 电路中的能量（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（粤教版2019）

第一节　电路中的能量 课程内容要求 核心素养提炼 1.理解电功、电热及焦耳定律 2．能用焦耳定律解释生产、生活中的电热现象 1.物理观念：了解电流做功的实质，知道电功率的概念 2．科学思维：学会分析电路中能量转化的问题，知道焦耳定律和电功之间的关系 3．科学探究：通过电动机实例，探究电动机消耗的功率与输出功率及发热功率之间的关系 4．科学态度与责任：通过生活中用电常识，分析纯电阻元件和非纯电阻元件，利用焦耳定律解决生活中的问题 [对应学生用书P104] 一、电功和电功率 1．电功 (1)电流做功的实质：电流做功是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功．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(电能)减少，其他形式的能增加．电流做功的过程就是将电能转化为其他形式的能的过程． (2)公式的推导 由 电功W＝UIt W、I、U、t的单位分别为焦耳(J)、安培(A)、伏特(V)、秒(s)． 2．电功率 [判断] (1)电功与电能的单位是相同的，因此，电功就是电能．(×) (2)电流做的功越多，电功率越大．(×) (3)电流做功的过程实质上就是静电力对自由电荷做功的过程．(√) 二、焦耳定律 1．焦耳定律 (1)理论推导：对白炽灯、电炉等中的电热元件，电流做功时将电能全部转化为导体的内能，所以有Q＝W＝UIt，根据欧姆定律得U＝IR，代入上式后有Q＝I2Rt. (2)内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比． 2．热功率 3．电路中的能量转化 (1)电路中只有电阻(纯电阻电路)，电能完全转化为内能． (2)电路中除含有电阻外还含有其他负载(非纯电阻电路)，例如电动机电路中： ①能量转化：电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，一部分转化为内能． ②功率关系： a．P电＝P机＋P损 b．P电＝UI c．P损＝P热＝I2R [思考] 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，所以电阻越大灯泡越亮． 三、闭合电路中的能量 1．电源输出电能：W＝Eq＝EIt. 2．外电路消耗的电能：Q外＝I2Rt. 3．内电路消耗的电能：Q内＝I2rt. 4．根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和，即：W＝Q外＋Q内. [对应学生用书P105] 探究点一　电功与电热的比较 如图，电吹风和电熨斗都是通过电流做功进行工作的电器． (1)电吹风工作时，将电能转化为什么能？ (2)电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ 提示　(1)电吹风工作时，将电能转化为机械能和内能． (2)电熨斗工作时，将电能转化为内能． 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． 如图，内阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的恒压电源两端，灯泡正常发光，则(　　) A．电解槽消耗的电功率为60 W B．电解槽的发热功率为60 W C．电解槽中将电能转化为化学能的功率为60 W D．整个电路消耗的总功率为60 W A　[由于灯泡正常发光，所以电解槽的电压为220 V－110 V＝110 V，由于电解槽和灯泡串联，它们的电流相等，所以I＝＝ A，所以电解槽的输入功率为P＝UI＝110× W＝60 W，所以选项A正确．电解槽的发热功率为P热＝I2r＝2×4.4 W≈1.3 W，所以选项B错误．电解槽中将电能转化为化学能的功率为P化＝P－P热＝(60－1.3) W＝58.7 W，所以选项C错误．电路消耗总功率为P总＝220 V× A＝120 W，所以选项D错误．] [题后总结] (1)电解槽是非纯电阻电路，电功率用P＝UI计算．电功率和热功率不相等，热功率只占很少一部分． (2)电解槽的热功率只能用P＝I2r计算，r为内阻． (3)电功率