12.1 电路中的能量转化 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

12.1 电路中的能量转化 第十二章 电能 能量守恒定律 人教版（2019）必修 第三册 1.通过实例分析，理解电能转化为其他形式能是通过电流做功来实现的，加深对功与能量转化关系的认识。 2.通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中相关现象。 3.从能量的转化和守恒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和联系。 4.联系生活中的电风扇、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。 学习目标 现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？ 导入新课 电炉通电 电动机通电 蓄电池充电 电能 用电器 其他形式能 电能 内能 电能 机械能 电能 化学能 一、 电功和电功率 单位： 焦耳（ J ） 单位换算：1kW·h=3.6×106J 2.电功 1.电流做功的实质 ⑶适用范围： 导体中恒定电场对自由电荷的静电力做的功。 静电力对自由电荷做正功,电荷的电势能减少，其他形式能增加。 ⑵物义：某段电路在一定时间内消耗的电能。 ⑴表达式 W=UIt W=qU q=It 普遍适用 图中表示一段电路，电路两端电压为U，电路中电流大小为I，电荷从左向右定向移动，经过这段电路时间记为 。 0 3.电功率 ⑵物义： 单位：国际单位制: 瓦（W），常用单位:千瓦（kW）。 　1kW＝103W P=UI W=UIt 额定功率和实际功率 ⑴定义 ⑶适用条件： 表示电流（或称静电力）做功的快慢。 适用于一切电路。 练习 一根电阻丝在通过 2C 的电量时，消耗电能是8J。若在相同时间内通过4C的电量，则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为 （ ） A．U＝4V B．U=8V C．E＝16J D．E=32J BD 思考：电熨斗通过电流做功把电能全部转化成什么能量？ 电能转化为内能： 结合欧姆定律（纯电阻）： Q=W=UIt U=IR Q = I2Rt 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。 Q = I2Rt 适用范围： 2. 热功率： P热 = I2R 适用一切电路 二、焦耳定律 一切电路（普适） 用电器在单位时间内发出的热量。 ⑴焦耳通过实验得到实验定律； ⑵这个公式推导用到了W = Q，并不是所有用电器都成立。 ⑶所有用电器的热量公式都是 Q = I2Rt。 2. 焦耳定律理解 电能全部转化为电热 电能转化为内能和机械能 W = Q W = Q +E机 P电= P热 P电= P热+ P机 思考：上面推导热量和热功率时，用到了W = Q。下面用电器中能量转化是 怎样的？ 三、电路中的能量转化 10 纯电阻电路： (电烙铁、电熨斗、白炽灯等) 欧姆定律 纯电阻电路 W = UIt Q = I2Rt P热 = I2R P电 = UI 电能 焦耳热 把电能全部转化成热能的用电器。 非纯电阻电路： 电能 焦耳热 + 其他形式能量 > > M 电动机、电解槽等 W =UIt P电 = UI Q = I2Rt P热 = I2R P电=P机+P损 ②功率变化： P损=P热 P电=P机+P热 ①能量变化： U>IR 非纯电阻电路 电能非全部转化热能 ●电动机消耗的功率（总功率或输入功率） ●输出功率（机械功率） ●热功率（电动机线圈发热的功率，也称为损失功率） ●功率关系（能量守恒定律） ●电动机的效率 电动机的几个功率 η= ×100％ 0 =R R为电动机线圈的电阻 0 =UI 0 =Fv 0 P电=P机+P热 例题 一台电动机，线圈的电阻是 0.4 Ω，当它两端所加的电压为 220 V 时，通过的电流是 5 A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？ 视频：非纯电阻电路 练习2 如图所示，是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻 r ＝0.8Ω，电路中另一电阻 R＝10Ω，直流电压 U＝160V，电压表示数 UV＝110V。试求： (1)通过电动机的电流； (2)输入电动机的电功率； (3)若电动机以 v＝1m/s 匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量？(g取10 m/s2) 参考答案：⑴I = 5A ⑵P电= UVI = 550W ⑶m = 53kg 分析： (1) 此电路为包含纯电阻和非纯电阻的混合电路，注意只有纯电阻部分符合欧姆定律： (2) 对于电动机这部分电路，因其是非纯电阻电路，从功率上有： P电=P热+ P机 16 W＝Q W=IUt＝I2Rt＝ P=IU＝I2R＝ 电洛铁、电炉子、白炽灯等 W>Q W=IUt＝I2Rt+W其他 P=IU＝I2R+P其他 电风扇、电动机、电解槽等 纯电阻 非纯电阻 用电器 W = UIt、P电 = UI 适合于任何电路求解电功和电功率 Q = I2Rt、P热 = I2R 适合于任何电路求解焦耳热和热功率 课堂小结 $$