16 第3章 第3节 电功与电热-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（鲁科版2019）

第3章 恒定电流 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3节　电功与电热 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 新知导学 · 夯实基础 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 电场 电场 UIt 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 单位时间 UI 瓦特(W) 电流 电阻 正比 I2Rt 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 热效应 过大 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 合作探究 · 素能提升 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 随堂演练 · 对点落实 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 谢谢观看！ 第3章　恒定电流 新 知 导 学 合 作 探 究 课 时 精 练 物 理 必修 第三册 随 堂 演 练 【核心素养目标】 物理观念 知道电功与电功率的概念，了解电热、热功率，知道焦耳定律，并能解释生产、生活中的电热现象的问题。 科学思维 理解焦耳定律并会用Q＝I2Rt计算电热，能够对纯电阻电路和非纯电阻电路进行电功与电热的计算，提高解题能力。 科学态度 与责任 了解科学技术与社会环境的关系，体会电能的使用对人类生活和发展的影响，培养自觉保护环境的行为习惯。 一、电功和电功率 1．电功 (1)自由电荷在______力的作用下定向运动而形成电流，______力对自由电荷做的功，称为电功。 (2)公式：如果电路两端的电压是U，电流为I，在时间t内电流做的功W＝_________。 2．电功率 (1)定义：____________内电流所做的功就叫作电功率。 (2)用公式表示为：P＝ eq \f(W,t) ＝______，单位：_______________。 二、焦耳定律 1．内容：电流通过导体产生的热量与______的二次方成正比，与导体的______及通电时间成______。 2．公式：Q＝_________。 3．单位：焦耳，简称焦，符号J。 三、身边的电热 1．电流热效应的应用 如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的_________工作的。 2．电流热效应的危害 如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热，降低电能的传输效率，电流______，散热不好，还会烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。 1．判断正误 (1)千瓦时(kW·h)是电功的常用单位。1 kW·h＝3.6×106 J。(　　) (2)电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能。(　　) (3)电功率越大，电流做功一定越快。(　　) (4)任何电路都有W＝Q，即UIt＝I2Rt。(　　) (5)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。(　　) 答案：　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　 2．链接实景 现代生活中随处都可以见到各种用电器，如电灯、电风扇等。那么你知道这些用电器中的能量是通过什么途径转化的吗？ 提示：　通过电流做功来实现，即导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。 知识点一　电功和电功率　电热和热功率 1.如图所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？ 提示：　由电流的定义式可得通过某截面的电荷量为q＝It，根据静电力做功的公式W＝qU可得W＝UIt。 2．千瓦时是电功的单位还是电功率的单位？电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功？ 提示：　千瓦时是电功的单位；电能表是测量电路中消耗的电能。 1．对电功的理解 (1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。 (2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。 (3)电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用。 2．对电功率的理解 (1)电功率P＝ eq \f(W,t) ＝UI对任何电路都适用。 (2)额定功率和实际功率 ①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。 ②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。 3．电热和热功率 (1)电热的计算公式为Q＝I2Rt。 (2)热功率的计算公式为P热＝I2R。 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　 ) A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝ eq \f(U2,R) t只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中，UI>I2R D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路 BCD　[电功率公式P＝ eq \f(W,t) ，表示电功率越大，电流做功越快。对于一段电路，有P＝UI，I＝ eq \f(P,U) ，焦耳热Q＝( eq \f(P,U) )2Rt，可见Q与P、U、t都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝ eq \f(U,R) 只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，即IU>I2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确。] eq \a\vs4\al(规律总结) 几个电学公式的适用范围 　解答电流做功和电功率类的题目需掌握以下几个重要公式，并理清它们的意义及适用条件。 (1)电功W＝UIt＝qU和P＝ eq \f(W,t) ＝UI普遍适用； (2)I＝ eq \f(q,t) 为电流的定义式，普遍适用； (3)I＝ eq \f(U,R) 只适用于纯电阻电路。　　 针对练1.(多选)用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑电热丝电阻受温度的影响，那么(　　) A．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t s B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s BD　[由公式Q＝ eq \f(U2,R) t，煮沸一壶水所需的热量为Q＝ eq \f(（220 V）2,R) t J。当电压变为原来的 eq \f(1,2) 时，煮沸一壶水所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t s，故A项错误，B项正确；当电压变为原来的 eq \f(1,4) 时，时间要变为原来的16倍，即16t s，故C项错误，D项正确。] 针对练2.(多选)下列关于电功和电功率的说法中，正确的是(　　 ) A．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关 B．电功是电能转化为其他形式能的量度 C．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率 D．电功率越小，则电流做功越少 BC　[用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和实际电压无关，故A项错误，C项正确；功是能量转化的量度，电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量，所以B项正确；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D项错误。] 知识点二　纯电阻电路和非纯电阻电路 如图所示，电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V　12 W”，电动机线圈的电阻RM＝0.50 Ω。 (1)灯泡L上流过的电流是否可以用IL＝ eq \f(U,RL＋RM) 求解？为什么？ (2)若灯泡恰好正常发光，则电动机消耗的功率和发热功率各多大？ 提示：　(1)不可以，因为有电动机工作的电路不是纯电阻的电路。 (2)P＝IMUM＝ eq \f(PL,UL) (U－UL)＝12 W，P热＝IM2RM＝( eq \f(PL,UL) )2·RM＝2 W。 1．纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能。 2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 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 W＝Q即UIt＝I2Rt＝ eq \f(U2,R) t W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他 电功率和热功率的关系 P＝P热，即UI＝I2R＝ eq \f(U2,R) P＝P热＋P其他 即UI＝I2R＋P其他 欧姆定律是否成立 U＝IR，I＝ eq \f(U,R) 成立 U>IR，I< eq \f(U,R) 不成立 (多选)甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法正确的是(　　 ) A．甲灯的实际功率一定总是40 W B．将乙灯接入110 V电路中，它的额定功率仍为60 W C．两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较大 D．两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少 BCD　[灯泡的铭牌上标记的是额定电压和额定功率，当工作电压不是220 V时，灯泡的实际功率不再是额定功率，但额定功率不会随电压的变化而变化，A错误，B、D正确；由R＝ eq \f(U2,P) 可知，C正确。] 小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。 电动机的电压/V 电动机工作状态 通过电动机的电流/A 0.2 不转动 0.4 2.0 正常转动 1.0 (1)这只电动机线圈的电阻为多少？ (2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？ (3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？ (4)该玩具电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率是多少？ 思路点拨： 解析：　(1)电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得 R＝ eq \f(UR,IR) ＝ eq \f(0.2,0.4) Ω＝0.5 Ω。 (2)当电动机正常工作时P机＝UI－I2R＝(2×1－12×0.5) W＝1.5 W。 (3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能E＝UIt＝2×1×60 J＝120 J。 (4)电能转化为机械能的效率η＝ eq \f(P机,P总) ×100%＝ eq \f(1.5,2) ×100%＝75%。 答案：　(1)0.5 Ω　(2)1.5 W　(3)120 J　(4)75% 针对练1.标有“220 V　40 W”的日光灯、电扇、电烙铁都正常工作 5 min，它们产生的热量(　　 ) A．一样多 B．日光灯最多 C．电扇最多 D．电烙铁最多 D　[日光灯、电扇、电烙铁三者的电功相同，但电扇和日光灯都是非纯电阻电器，电功大于电热，而电烙铁是纯电阻电器，电功等于电热，D正确。] 针对练2.(多选)在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是(　　 ) A．电动机的内电阻为2 Ω B．电动机的内电阻为7.5 Ω C．电动机的输出功率为30 W D．电动机的输出功率为22 W AD　[当电动机不转动时，电动机消耗的电功率等于热功率，电压表与电流表示数的比值就是电动机的电阻，即R＝ eq \f(U,I) ＝2 Ω，选项A正确，B错误；当电动机正常工作时，电动机的输出功率为P出＝U′I′－I′2R＝22 W，选项C错误，D正确。] 1．电功率的表达式有三个，P＝UI、P＝I2R、P＝ eq \f(U2,R) ，下列对这三个表达式的认识正确的是(　　 ) A．P＝UI适合于纯电阻电路电功率的计算，对于非纯电阻电路不适用 B．P＝I2R适合于一切电路的热功率的计算 C．P＝ eq \f(U2,R) 适合于一切电路电功率和热功率的计算 D．三个公式各自的适用条件与电路的连接方式有关 B　[电路可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，P＝UI对两种电路都适用，A错误；P＝I2R适用于任何电路的热功率的计算，B正确；P＝ eq \f(U2,R) 只适用于纯电阻电路的电功率和热功率的计算，C错误；P＝UI、P＝I2R、P＝ eq \f(U2,R) 的适用条件与电路的连接方式无关，D错误。] 2．如图所示是饮水机的工作电路简化图，S是温控开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R0是饮水机加热管电阻，R是与加热管串联的电阻。表格是从其说明书中摘录的一些技术数据。不考虑R0、R的电阻受温度变化的影响，表中的功率均指加热管的功率。当S闭合时，饮水机的工作状态和R0的阻值是(　　 ) ) eq \a\vs4\al( 稳定电压 220 V 频率 50 Hz 加热功率 550 W 保温功率 22 W A．加热，88 Ω B．加热，220 Ω C．保温，88 Ω D．保温，220 Ω A　[由电功率公式P＝I2R和I＝ eq \f(U,R＋r) 可知，电压不变的条件下，电阻越小电流越大，功率越大。电源电压不变，当S闭合时，只有R0接入在电源上，电路中的电阻变小，总功率变大，因而开关S闭合时是加热状态。利用公式R＝ eq \f(U2,P) ，知R0＝ eq \f(2202,550) Ω＝88 Ω，A正确。] 3．利用超导材料零电阻的性质，可以实现无损耗输电。现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V。如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为(　　 ) A．1 kW B．1.6×103 kW C．1.6×10－3kW D．10 kW A　[节约的电功率为原来输电线消耗的功率，由焦耳定律有P＝I2R。根据输电线提供给用电器的功率和电压可知输电线中的电流I满足P0＝UI，由以上两式有P＝( eq \f(P0,U) )2R＝( eq \f(40 000,800) )2×0.4 W＝1 000 W。选项A正确。] 4．一只规格为“220 V　2 000 W”的电炉，它正常工作时的电阻是多少？若电网电压为200 V，则电炉工作时的实际功率是多少？在220 V电压下，如果平均每天使用电炉2 h，求此电炉一个月(按30天计算)要消耗多少度电？ 解析：　设电炉的电阻为R，由P＝ eq \f(U2,R) 得 R＝ eq \f(U2,P) ＝ eq \f(2202,2 000) Ω＝24.2 Ω 当电压为U′＝200 V时，电炉的实际功率为 P′＝ eq \f(U′2,R) ＝ eq \f(2002,24.2) W＝1 653 W 在220 V的电压下，该电炉一个月消耗的电能为 W＝Pt＝2×2×30 kW·h＝120 kW·h。 答案：　24.2 Ω　1 653 W　120度 $$