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 1.对下列电器通电时，都存在能量的转化，是什么能量之间的转化？ 2.功是能量转化的量度，是谁做功导致了电能转化为其它形式的能？ 功能关系：电流做功（电场力）做功的过程，电能转化为其它形式能的过程，电流做了多少功就有多少电能转化为其它形式能。 一、电流做功的实质 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，电荷的电势能减少，其他形式的能增加。 意义：电流做功的过程是电势能转化为其他形式的能的过程，即电功是电势能转化为其他形式的能的量度。 在静电学中，我们怎样计算电场力做功？ 如图很小一段电路，电荷从左向右定向移动，所用时间为t，两端的电压为U，电路的电流为I，求这个过程中电场力做的功。 推导：电场力做功W＝qU 　　 在时间t内通过这段电路任一横截的电荷量q=It　 即：W＝UIt 二、电功和电功率 二、电功和电功率 1 电功 ①定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功。 ②公式：W=UIt（适用于一切电路） 电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的电流、通电时间三者的乘积． ③单位：焦耳（J）；千瓦时（Kw·h） 1度=1 kW·h = 1000W×3600 s = 3.6×106 J 电场力做的功就是消耗的电能 二、电功和电功率 2 电功率 ①定义：电流所做的功与通电时间之比。 ②公式： （适用于一切电路） ③单位：在国际单位制中是瓦（W）；常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。 1kW＝103W＝106mW ④物理意义：描述电流做功的快慢 P=UI W=UIt 二、电功和电功率 3 额定功率和实际功率 ①用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，即用电器两端加上额定电压时的功率（也是用电器长期工作的最大功率） ②用电器在实际电压下工作的功率是实际功率。 通常情况下P实≤P额，电器只有在额定电压下工作时，实际功率才等于额定功率。 例1∶一根电阻丝在t时间内通过2C的电量时，消耗电能是8J。则该电阻丝在t时间内电流所做的功W和该电阻丝两端所加电压U分别为（ ） A.W=8J B.W=16J C.U=4V D.U=8V 小试牛刀 AC 电流所做的功等于消耗的电能，即W=8J； 根据W=qU，代入数据得U=4V。 全部将电能转化成内能，没有转化其他能量。 三、焦耳定律 这些用电器消耗电能的方式主要是依靠电阻把电能转化为内能， 导体通电时产生热量的现象，称为电流的热效应。 若想求解用电器在导体通电时产生了多少热量，该如何计算？ 三、焦耳定律 电热量（电热）等于电功： Q=W W=IUt 电功： 欧姆定律： U=IR Q=I2 R t 纯电阻：全部将电能转化成内能，没有转化其他能量。 电功和电热的对比 1.电功和电功率 W＝UIt 是电功的计算式，P＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路。 2.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。 一切电流做功的功率 电流发热的功率 知识方法探究 创新设计 目录 11 纯电阻电路：只含有电阻的电路，如电炉、电烙铁、白炽灯等。 纯电阻电路的特点： 电能全部转化为内能。 四、电路中的能量转化 12 四、电路中的能量转化 用电器的电能完全转化成内能时，但在实际电路中，除了电阻以外还有其他负载，这些用电器的能量转化又是如何呢？ (1)电吹风工作时，将电能转化为什么能？ 答案：电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能. 非纯电阻电路 如图，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率?功率间的关系又如何? ①能量变化： 电能W 转化 +内能Q 机械能 （损失的能量） P电 =P机 +P损 ②功率变化： P损=P热 P电 =P机 +P热 常见非纯电阻电路：含有电动机的电路 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转化情况 电功和电热的关系 电功率和热功率的关系 欧姆定律是否成立 W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他 P＝P热＋P其他 即IU＝I2R＋P其他 不成立 U>IR　U=IR+U其他 四、纯电阻和非纯电阻 实例研究：直流电动机 电动机转动时 总电能：W=UIt 总功率：P=UI 发热Q=I2Rt P热=I2R 电能 电流做功 内能+机械能 五、应用一： 测量电动机的输出功率 输出功率为机械功率： 电动机的机械效率: 实例研究：直流电动机 电动机不转时:等效为电阻. 探究：高速运转的电动机由于发生机械故障，突然停止转动，可能会发生什么情况？ 无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。 【判一判】　下列说法是否正确？ (1)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。(2)根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的。(3)Q＝I2Rt适用于任何电路求焦耳热。 五、应用二：电路设计 探究： 两个大灯泡，A灯：110V、40W，；B灯：110V、100W 怎样连接到220V的照明电路中去，才能正常发光？ 【例2】 额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的两盏电灯，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是(　　) C 知识方法探究 创新设计 目录 【针对训练2】 如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则R1∶R2∶R3是(　　) A.1∶1∶1 B.4∶1∶1 C.1∶4∶4 D.1∶2∶2 C 知识方法探究 创新设计 目录 [例3] 规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：(1)接上220 V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上220 V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。 $$