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 电能 能量守恒定律 第1节 电路中的能量转化 02 03 01 主题(二) 电功率 主题(一) 电功 第1节 电路中的能量转化 目录 CONTENTS 主题(三) 电热 04 主题(四) 纯电阻和非纯电阻 新课引入:生活中大量用电器中的能量是怎样转化的？ 电炉通电时，电能转化为 ；电动机通电时，电能转化为 ；电池充电时，电能转化为 。 电流做功就是导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做功。 电流流经之处就有电能转化为其它形式能 机械能 化学能 内能 功是能量转化的量度，电能的转化也必然伴随某种力做功。 电场力对电荷做功，电荷电势能减少，其他形式的能增加。 新课引入:生活中大量用电器中的能量是怎样转化的？ 一、电功(electric work) 1.概念:电场力(或电流)对定向移动的电荷所做的功. W=　 q=I t W=UIt 2.公式: U t W=UIt q(ΔU1+....+ΔU5)　　 q q q q q ΔU1 ΔU2 ΔU3 ΔU4 ΔU5 （适用所有电路） 3.单位: 焦(J) =qU　 电能表 4.测量方法: 伏安法、 量度电能转化为其它形式能的多少。 5.物理意义: 思考:如何描述电流做功的快慢？ 1.定义： 二、电功率(electric power) P= 2.定义式: 表示做功的快慢． W与t的比值. =UI t W (适用所有电路) 3.单位： 瓦(W) 常用还有千瓦(kW) 4.分类： ①额定功率 ②实际功率 1mA·h= 3.6C 思考:千瓦·时(kW·h)是谁的单位？ 思考:毫安·时(mA·h)是谁的单位？ 电功 电量 1kW·h= =3.6×106J 1度 思考:3.7V是意义？ 额定电压 思考1:分析此电池充了多少电量q和多少电能w？ 锂电池电动势为3.7V 此锂电池充了多少电量？ q=1900mA·h= 1900×3.6 此锂电池充了多少电能？ W=qU =6.84×103×3.7 =2.5308×104J =6.84×103C 几种常见家用电器的额定功率 在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的 ； 动能 内能 电能转化为内能是一种最常见的转化 在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，从而使得电子做匀速运动，使离子热运动加剧，将电能转化为 ． 用电器 29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) 100～150 300～800 100～150 800～1200 40～60 三、电热(electric heat) 1.概念：电流产生的热. 探究：电热与哪些因素有关呢? 电流I 时间t 电阻R 猜想： 方法： 控制变量法 P热= 2.公式: Q=I2 R t (焦耳定律) 3.单位： 4.热功率: 1.概念:电流产生的热. t Q =I2 R 单位：瓦(W) 千瓦(kW). 当电动机接上电源后，会带动电机转动，这时电能也全部转化为内能吗？ 电流通过电热水器，电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能 三、电热(electric heat) 焦(J) 千瓦时(kW·h) 电能全部转化为热能的元件 四、纯电阻与非纯电阻 1.纯电阻: 2.非纯电阻: W=Q 注意 即： UIt=I2Rt UI=I2R 注意 ①W>Q UIt I2Rt UI>I2R U>IR > U=IR ②遵循欧姆定律 ②欧姆定律不成立 电能转化为热能和其它能的元件 ①电功等于电热: P电=UI ③电功率等于热功率: =P热=I2R ③电功率大于热功率 3.P=UI与P=I2R 的区别 >I R U2 = R U ③纯电阻电路: ①P=UI 适合于所有电路， 表示电功率 ②P=I2R适合与所有电路， 表示热功率 P= UI = I2R ④非纯电阻电路： P=UI P=I2R 为这段电路总电功率 为这段电路总热功率 什么都不是. 非纯电阻不用 UI>I2R 3.P=UI与P=I2R 的区别 四、纯电阻与非纯电阻 R U2 = R U2 P= 注意：不管串并联，电路的总功率等于每个功率之和 M U=220V R 20V 200V U>IR 四、纯电阻与非纯电阻 M U=220V r 20V 200V 4.电动机电路 ①输入功率: 电动机的总功率； P总＝UI ②输出功率: 电动机做有用功的机械功率； ③热功率： 电动机线圈的电阻发热功率； P热＝I2r P出＝P总-P热 ④电动机效率： I 【典例1】一个电动机，线圈电阻是0.4 ，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机的电功率是多少？热功率是多少？输出功率是多少？这台电动机每分钟所做的机械功有多少? 解: 电功率：P电=UI =220×5 =1100W 热功率：P热=I2R =52×0.4 =10W W=(UI-I2R)t =121000W 什么都不是 =(5×220-52×0.4) ×60 =6.54×104 J 输出功率：P出=P电-P出 = 1100-10 =1090W R U2 P= 0.4 2202 = 两种电路 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元件 欧姆定律 服从欧姆定律I＝U/R 不服从欧姆定律：U>IR 能量转化 电流做功全部转化为电热电能全部转化为导体内能 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、电池等 四、纯电阻与非纯电阻 【典例2】微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，把它接入电压为U1＝0.2 V的电路时,电动机不转,测得此时流过电动机的电流是I1＝0.4 A；若把电动机接入电压为U2＝2.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0 A，求： (1)电动机线圈的电阻R； (2)电动机正常工作时的输出功率及吸尘器的效率； (3)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机此时的发热功率(设此时线圈未被烧坏)． 解：(1) R= U1 I1 =0.5Ω (2) P出= U2I2-I22R = 1.5W η= P出 P总 =75 （3）P热= U22 R =8w 【典例3】在如图所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L标有“3 V　6 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.5 Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是(　 ) A．电动机的输入电压为8 V B．流过电动机的电流为10 A C．电动机的效率为80% D．整个电路消耗的电功率为10 W C 【典例4】如图甲所示，用内阻不计的充电宝为一手机充电，其等效电路如图乙所示，充电宝向手机电池充电6min后容量减小了50mAh，此过程可认为输出电流、输出电压U=5V是恒定不变的，手机电池的内阻不能忽略。则下列说法中正确的是（　　） A．充电宝输送给手机电池的电能为900J B．充电宝输出的电流为0.05A C．手机电池的内阻为10Ω D．手机电池增加的化学能为900J A 《思维导图·电势能和电势》 电路中的 能量转化 电功率 =UI 做功的快慢 电功 W=UIt （适用于一切电路） 课堂小结 电热 P电=P机+P热 纯电阻:W=Q P电=P热 非纯电阻:W>Q P电>P热: 纯电阻与非纯电阻 【练习1】DC14.8V/2200mAh的锂电池供电，额定功率为35W，当锂电池剩余电量为总容量的20%时，扫地机器人就自动回座机充电。结合上述信息，下列说法正确的是（　　） A．DC14.8V/2200mAh表示该电池输出的是交流电 B．该机器人电机的额定电流为0.42A C．正常工作时机器人电动机每秒钟输出35J动能 D．电池充满电后机器人正常工作约45mim后回座机充电 D 课堂练习 【练习2】如图所示是“探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差比右侧的大。下列说法错误的是（　  　） A．U形管中液面高度的变化反映了电阻产生热量的多少 B．通过左、右两边容器中电阻丝的电流相同 C．右边容器中的电阻R2比左边容器中的电阻R1小 D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同 D 课堂练习 【练习3】有额定电压都是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，两盏电灯均能正常发光，那么下列电路中消耗功率最小的电路是( 　 ) C 课堂练习 【练习4】某电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是（　　） A．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风 B．吹热风时通过电热丝的电流为4 A C．吹热风时电热丝的功率为990 W D．该电吹风中电动机的内电阻为440Ω B 额定电压 220V 额定功率 热风时：990W 冷风时：110W 课堂练习 【练习5】如图所示，把4个完全相同的灯接成如图所示的（a）、（b）两个电路，两电路电源输出电压相同且一定，调节变阻器R1、R2使灯均正常发光，设两个电路消耗的功率分别为Pa、Pb，则（　　） A．4Pa=Pb B．Pa=4Pb C．Pa<4Pb D．Pa>4Pb B 课堂练习 【练习6】某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时，电路如图所示，电源电压恒为6V，电流表的量程为“0﹣0.6A”电压表量程“0﹣3V”，滑动变阻器的规格为“20Ω 2A”，灯泡L标有“3V 0.9W”字样（忽略灯丝电阻变化），在实验中为了保证所有元件的安全，下列判断正确的是（　　） A．该电路中，变阻器R接入电路的阻值变化范围为0﹣20Ω B．该电路消耗的总功率的变化范围为1.2W﹣3.6W C．该电路中，电流表示数的变化范围为0.3A﹣0.6A D．该电路中，电灯消耗功率的变化范围为0.4W﹣0.9W D 课堂练习 【练习7】四个定值电阻连成如图所示的电路。 RA、Rc的规格为"10V 4W”，RB、RD的规格为"10V 2W”。按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，正确的是（ ） A.PD>PA>PC>PC B.PA>PD>PC>PC C.PB>PC>PA>PD D.PC>PB>PD>PA RA U RC RB RD A 课堂练习 【练习8】某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m/s2）。 v U=110V 解:由 P电= P热+ P机 机械功率： P机=mgv=50×10×0.9=450W 电功率： P电=UI=110×5=550W P热=P电-P机=550-450=100W 由P热=I2R=100W 故电动机线圈的电阻为4Ω。 得R=4Ω 课堂练习 【练习9】如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r＝0.6Ω，R＝10Ω，U＝160V，电压表的读数为110V，求： （1）通过电动机的电流； （2）输入到电动机的功率P入； （3）电动机的发热功率P热，电动机输出的机械功率。 解:（1）电动机和电阻串联，所以电流相等， 电阻R两端电压为：U1＝160V﹣110V＝50V， 得电流为：I=5A； （2）电动机的电功率为：P＝UI＝110×5W＝550W （3）电动机的热功率为：P热＝I2R＝52×0.6W＝15W 输出的机械功率为：P出＝550W﹣15W＝535W 课堂练习 谢 谢 观 看 $$