12.1 电路中的能量转化-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019必修第三册）

第1节 电路中的能量转化 人教版（2019） 物理（必修第三册） 张二朝 第十二章 电能 能量守恒定律 学习目标 1.理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，理解电流做功的实质。 2.理解电功、电功率的概念，掌握焦耳定律，理解热功率的概念。 3.理清电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。 4.能从能量的转化和守恒角度理解电路中的能量转化。 第十二章 电能 能量守恒定律 这一章我们研究的是电路中的能量时怎样转化的？用能量守恒定律推导出的闭合电路的规律是怎样的？自然界存在哪些能源？能源的利用与可持续发展有着怎样的关系？ 人类的活动里离不开能量。大量的事例说明，自发的能量转移或转化过程具有方向性。再能源的利用过程中，能量虽然是守恒的，但是可以利用的品质降低了。为了人类的可持续发展，需要我们节约和保护环境。 课堂引入 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？ 电热水壶通电 电能转化为内能 手机电池充电 电能转化成化学能 电动机转动 电能转化为机械能和内能 一、电功和电功率 电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。 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？ 一、电功和电功率 如图，在一段电路中，电路两端电压为U，电路中的电流为I，电荷从左向右经过这段电路的时间为t，定向移动电荷量为q，则静电力做多少功？ 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． 静电力做的功为： 即： 一、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． （3）单位：焦（J） 常用单位有千瓦时（kW·h） 　1kW·h＝ J （2）公式：W＝UIt 3.6×106 适用范围：普遍适用 电能表 （4）测量方法: 伏安法、 一、电功和电功率 某同学发现家里的电炖锅上有两个档位，分别是快炖和慢炖，这两个档位的本质区别是什么呢？这位同学说两个档位的电功不同，这种说法正确吗？ 一、电功和电功率 2．电功率——表示电流做功的快慢 （1）定义：电流在一段电路中所做 的功与通电时间之比 （3）单位：瓦（W）, 常用单位：千瓦（kW） 　1kW＝103W （2）公式： 一、电功和电功率 （4）额定功率和实际功率 用电器铭牌上所标称的功率是额定功率 用电器在实际电压下工作的功率是实际功率 用电器在额定电压下，实际功率才等于额定功率． 小常识：几种常见家用电器的额定功率 常用电路 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） ～150 300～800 100～150 800～1200 40～60 二、焦耳定律 　　观察下面两种用电器，说说它们在能量转化方面有什么区别？ 热得快 电风扇 电流通过某导体产生的热量, 跟 电流的二次方成正比，跟导体 的电阻及通电时间成正比。 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。 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(joule’s law) 。 焦耳 二、焦耳定律 二、焦耳定律 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。 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 思考：区别热功率与电功率。 三、电路中的能量转化 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？ 如果电路中有电动机或者正在充电的电池，那么电能除了转化为内能之外，还转化为机械能和化学能。 三、电路中的能量转化 只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件; 电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转化为内能和其它形式的能。 认识两种电路 纯电阻电路： 非纯电阻电路： 纯电阻电路的特点： 电能全部转化为内能。 W=Q 即：UIt =I2Rt 即：U=IR 纯电阻电路，欧姆定律成立。 三、电路中的能量转化 三、电路中的能量转化 R 电功 电热（内能） 100% 非纯电阻电路的特点： 电能只有一部分转化为内能 W=Q+E其它 即：UIt >I2Rt 即：U>IR 非纯电阻电路，欧姆定律不成立。 三、电路中的能量转化 三、电路中的能量转化 M 电功 电热（内能） 部分 部分 其它能(机械能、化学能等) 1.含电动机电路的分析 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率， (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率， (3)电动机的输出功率（机械功率） P入＝ P总＝ UI. P热＝I2r. 三者关系为：UI＝I2r＋P机 P出= P机＝UI－I2r 2.电动机的效率： 三、电路中的能量转化 三、电路中的能量转化 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 课堂小练 电功与电热的计算公式比较: 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功 电热 电功率 热功率 W=IUt=I2Rt= W=IUt Q=IUt=I2Rt= Q=I2Rt P=IU=I2R= P=IU=I2R= P=UI P=I2R 三、电路中的能量转化 【例题】一台电动机，线圈的电阻是0.4 Ω，当它两端所加的电压为220 V 时，通过的电流是5 A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？ 解 由焦耳定律可知，电动机发热的功率为 P热＝I 2R＝52 ×0.4 W＝10 W 电动机消耗的电功率为 P电＝UI＝220×5 W＝1 100 W 根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为 P机＝P电－ P热＝ 1 100 W － 10 W＝1 090 W 这台电动机发热的功率为10 W，对外做功的功率为1 090 W。 三、电路中的能量转化 电动机工作时能量转化的实验探究 实验电原理图 课堂小练 【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 课堂小练 【练习2】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。 课堂小练 【解析】 （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 课堂小练 【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 课堂小练 【练习4】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 A RA U RC RB RD 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 再 见 Lavf58.29.100 $$