2.8焦耳定律 电路中的能量转化 课件 -2024-2025学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

2.8焦耳定律 电路中的能量转化 自我精进 勇毅担当 “自主化、情境化“展学课堂实践 “展学式”课堂教学实践 导标 “自主化、情境化“展学课堂实践 1.掌握电功、电功率、电热、电热功率的概念 2.理解焦耳定律，并能进行有关计算 3.理解纯电阻电路和非纯电阻电路的电功和电热的关系 4.知道电源的总功率、电路的输出功率、电源内阻消耗功率的概念与关系 “展学式”课堂教学实践 导标 生火小妙招 电池+锡箔纸=打火机？ 此过程中的能量转化如何？ “展学式”课堂教学实践 用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量 电灯 电能 内能和光能 电炉 电动机 电解槽 机械能和内能 化学能和内能 电能 电能 电能 内能 用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程.电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢? 导标 “展学式”课堂教学实践 学标1：电功 电功率 （2）电流的定义式是什么? 问题： （1）电场力的功如何计算? 电流的定义式I=q/t 电场力的功的定义式W=qU 如图，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t 内通过这段电路上任一横截面的电荷量 q=It 这相当于在时间t 内将这些电荷q 由这段电路的一端移到另一端.在这个过程中，电场力做的功 W=qU =UIt “展学式”课堂教学实践 一、电功 W 2、公式：Ｗ＝qU=UIt(适用于一切电路） 1、电场力在一段电路中所做的功，即电流所做的功，简称电功 电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流 I 和通电时间 t 三者的乘积． 实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。 3、物理意义：电能转化为其它形式能的量度。即“消耗了多少电能” 4、单位：焦耳，简称焦，J 常用单位：千瓦时，俗称“度”,kW.h 1kW·h表示功率为1 kW的用电器正常工作1 h所消耗的电能 1kW·h=1000 W×3600 s=3.6×106 J 学标1：电功 电功率 “展学式”课堂教学实践 思考：电路中如有白炽灯、电炉、电动机等元件， 电功与这些元件的种类有关吗？ 结论：电功 W（消耗了多少电能）只与元件两端的电压U， 通过的电流I和通电时间t有关，与元件的种类无关。 学标1：电功 电功率 “展学式”课堂教学实践 2.物理意义：电功率表示电流做功的快慢． 3.国际单位：瓦（W） 1W=1J/s 常用单位补充：毫瓦（mW），千瓦（kW），兆瓦（MW） 　1kW＝103W＝106mW=10-3MW 1.电功率：电流所做的功与做这些功所用时间的比值叫做电功率． 二、电功率 一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积 适用于 一切电路的电功率 学标1：电功 电功率 “展学式”课堂教学实践 4.额定功率和实际功率： (1) 额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也是铭牌上所标称的功率; (2) 实际功率: 用电器在实际电压下工作的功率. 用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率 几种常见家用电器的额定功率 用电路 29英寸 彩电 电熨斗 电冰箱 微波炉 台灯 额定电压（V） 220 220 220 220 220 额定功率（W） ～150 300～800 100～150 800～1200 40～60 学标1：电功 电功率 “展学式”课堂教学实践 （3）输入功率：机器工作时，外界对机器做功的功率 （又叫总功率） （4）输出功率：机器对外界做功的功率 （又叫有用功率） （5）机械效率：输出功率跟输入功率的比值 学标1：电功 电功率 “展学式”课堂教学实践 验标1：电功 电功率 自我评价P100-1 例1.一根电阻丝，通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　) A．4 V　16 J　　 B．8 V　16 J C．4 V　32 J D．8 V　32 J 答案：D “展学式”课堂教学实践 学标2：焦耳定律 电流的热效应： 生活中应用电流的热效应的电器： 通电导体能够产生热量。 “展学式”课堂教学实践 学标2：焦耳定律 “展学式”课堂教学实践 1.焦耳热:电流通过电阻而产生的热量Q 3.热功率:电阻通电所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比值 表达式： 2.焦耳定律:电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比，跟电阻值R成正比，跟通电时间t成正比。 学标2：焦耳定律 （纯电阻电路） “展学式”课堂教学实践 同步练习册P98情景探究 电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却不怎么热，为什么？ 根据焦耳定律Q＝I2Rt， 烙铁头的电阻大，导线的电阻很小，所以烙铁头产生的热量大，温度高于导线的温度。 学标2：焦耳定律 “展学式”课堂教学实践 非纯电阻电路: 电能 → 内能 电能 → 内能+其它形式的能 Q I2Rt W UIt = I=U/R 电功 = 电热 W=Q = UIt =I2Rt =U2t/R 电功率=热功率：P =P热 = UI = I2R = U2/R W W其 Q UIt ＞ I2Rt I＜U/R 电功：W= UIt 电热：Q=I2Rt 电功率：P=UI 热功率：P热=I2R 纯电阻电路: 学标2：焦耳定律 “展学式”课堂教学实践 学标2：焦耳定律 1.纯电阻用电器:电流通过用电器以发热为目的.(如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯泡及转子被卡住的电动机等) 电能全部转化为热能,电功等于电热 2.非纯电阻用电器:电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能力为目的,发热不是目的,而是难以避免的热能损失.(如电动机在转动或给蓄电池充电等) 电能大部分转化为其它能，一小部分转化为热能，电功大于电热 “展学式”课堂教学实践 电功与电热的计算公式比较: 学标2：焦耳定律 “展学式”课堂教学实践 1．输入功率：电动机的总功率；P总＝UI 2．输出功率：电动机做有用功的功率；P出 3．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热；P热＝I2R 4．功率关系：P总＝P出＋P热 5．电动机的效率： 电动机正常运转是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。 学标2：焦耳定律 “展学式”课堂教学实践 两种电路比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器 欧姆定律 服从欧姆定律I＝U/R 不服从欧姆定律：U>IR或I<U/R 能量转化 电流做功全部转化为电热即电能全部转化为导体的内能 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等 学标2：焦耳定律 “展学式”课堂教学实践 E=U+Ir 闭合电路欧姆定律 EI=UI+I2r 能量守恒 电路中只有电阻时 EI=I2R+I2r 学标2：焦耳定律 “展学式”课堂教学实践 验标2：焦耳定律 同步练习册P100 典例2 一台电动机，线圈电阻R=0.4Ω，当它两端所加电压为U=220V时，通过的电流是I=4A。这台电动机每分钟有多少电能转化为机械能? “展学式”课堂教学实践 1．电源提供的功率： 2．电源的输出功率： 3．电源内阻上的热功率： 4. 供电效率: 对纯电阻电路,电源的效率为: r E R s I R增大时电源效率提高 学标3：闭合电路中的功率关系 同步练习册P100 情境探究2 “展学式”课堂教学实践 O R P r Pm 5.电源最大输出功率： 输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外 （外电阻为纯电阻电路） 当R=r时,电源输出功率最大,但效率只有50% 学标3：闭合电路中的功率关系 “展学式”课堂教学实践 例题：如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0－10Ω。求：①电源的最大输出功率； ②R1上消耗的最大功率； ③R2上消耗的最大功率。 验标3：闭合电路中的功率关系 E r R2 R1 ① 2.25W；② 2W；③ 1.5W。 “展学式”课堂教学实践 功率最大值的求解方法 (1)流过电源的电流最大时，电源的功率、内损耗功率均最大。 (2)对某定值电阻来说，其电流最大时功率也最大。 (3)电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大，若不能相等，外电阻越接近内阻时，电源的输出功率越大。 (4)对于可变电阻，可以写出其功率表达式，利用数学知识求其极值 学标3：闭合电路中的功率关系 “展学式”课堂教学实践 闭合电路的U-I图象 U o I E U0 M（I0,U0） β α b a N I0 Im 1.右图中a为闭合电路的U-I图象 b为部分电路(外电阻)的U-I图象 2.两者的交点坐标表示该电阻接入电路时的路端电压与电流. 3.a的斜率的绝对值表示电源内阻的大小、b的斜率的绝对值表示接入电路中外电阻的的大小 4.图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率 当两个斜率相等时（即内、外电阻相等）图中矩形面积最大，即输出功率最大。 学标3：闭合电路中的功率关系 同步练习册 P96 合格考试2 “展学式”课堂教学实践 例题：如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线．若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这只定值电阻的阻值_____Ω。现有4只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是_______W。 U/V I/A o 20 15 10 5 a b 解：由图象可知蓄电池的电动势为20V。 由斜率关系知外电阻阻值为6Ω 用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2Ω，因此输出功率最大为50W。 验标3：闭合电路中的功率关系 “展学式”课堂教学实践 课堂小结 电路中的 能量转化 电功率 P=UI 做功的快慢 电功 W=UIt （适用于一切电路） 焦耳 定律 电热：Q=I2Rt 热功率：P热=I2R 能量 转化 P电=P机+P热 “展学式”课堂教学实践 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功 W＝IUt＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t W＝IUt 电热 Q＝IUt＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t Q＝I2Rt 电功率 P＝IU＝I2R＝eq \f(U2,R) P＝UI 热功率 P＝IU＝I2R＝eq \f(U2,R) P＝I2R $$