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

第十二章第1节： 电路中能量的转化 新课导入 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？ 电功和电功率 初中我们就知道，电热水壶通电时，电能转化为内能；电动机通电时，电能转化为机械能；蓄电池充电时，电能转化为化学能。电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。 电功和电功率 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。自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。 电功和电功率 q=It W=qU W=UIt （1）定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。 （2）表达式：W = qU= UIt （3）上式表示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。 不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？ 电功和电功率 （1）定义：单位时间内电流所做的功 （2）表达式： （3）标量,单位换算： W (1kW=103W) （4）测量方法：电能表 1kWh=3.6×106J 焦耳定律 初中我们就学过，能量在相互转化或转移的过程中是守恒的，下面我们应用能量守恒定律分析电路中的能量转 化问题。 电流做功，究竟电能会转化为哪种形式的能量，要看 电路中具有哪种类型的用器.电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全部转 化为导体的内能。 焦耳定律 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。这个关系式最初是由焦 耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律 （1）电流在这段电路中做的功 W 等于这段电路产生的热量 Q,即 Q＝W＝UIt （2）由欧姆定律 U ＝IR，可以得到热量 Q 的表达式 Q ＝I 2 Rt 。 焦耳定律 P热=I2 R P=UI （一切电流做功的功率） 总功率 （专指电流发热的功率） 热功率 热功率： (1)单位时间内导体的发热量叫做热功率; (2)热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。 思考：如果电路中还含有除电阻之外的其他负载，如电动机，电路中的能量又改如何转化呢？ 电路中能量的转化 从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。设电动机消耗的功率为P电 ，电动机对外做功，输出的功率为P机，另外,电动机工作时自身也有能量损失,对应的功率为P损,它们之间满足P电＝P机 ＋P损 焦耳定律 电路中能量的转化 设电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I，可知P电＝UI 电动机刚停止工作时，我们发现外壳是热的，说明工作时有电能转化为内能。设电动机线圈的电阻为R，可知P 热 ＝I2R 同样，对于正在充电的电池，电能除了转化为化学能之外，还有一部分转化为内能。 焦耳定律 电路中能量的转化 输入功率：P=UI 输出功率：电动机做有效功产生的功率 热功率：P热=I2 R THANKS 例题2、如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N．忽略一切摩擦，求： (1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？ (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10 s内电动机可以把重物匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？ $$