12.1电路中的能量转化 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第1节 电路中的能量转化 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、电风扇、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？ 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.弄清电功和电热、电功率和热功率的区别，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。 学习目标 电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。 电动机通电时把电能转化为机械能； 电热水壶通电时，电能转化为内能； 手机电池充电把电能转化成化学能； 1.电流做功的实质 知识点一：电功和电功率 学习新知 水在重力作用下，从高处流向低处。水的势能减少，水轮机机械能增加。 →重力做功 水流做功 电荷在静电力作用下，从电势高向电势低移动。电势能减少，其他能量增加。 →静电力做功 电流做功 学习新知 2.电功 图中表示一段电路，电路两端电压为U，电路中电流大小为I，电荷从左向右定向移动，则在时间t内静电力（电流）做多少功？ 静电力做功： W=UIt 电流表达式： W=qU　　 q=I t （适用于一切电路） 学习新知 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． （3）国际单位： 1kW·h＝3.6×106J （1）定义： （2）表达式： 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． 焦 耳（ J ） 常用单位：千瓦时（kW·h） （4）测量方式：电能表、伏安法等 学习新知 3.电功率 思考：不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？ 这个公式表示，电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的电压U和电流I的乘积。 （3）物理意义： （4）单位： 1kW＝103W＝106mW=10-3MW （1）定义： （2）表达式： 电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。 表示电流做功的快慢． 国际单位瓦（W） 常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW） 适用一切电路 学习新知 （5）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 学习新知 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 AC 学习新知 思考：电流做功，究竟电能会转化为哪种形式的能量？ 电能→内能 电能→机械能 电能→化学能 当电流只通过纯电阻电路时，电流做功就会全部把电能转化为内能。 光能 内能 内能 我们把导体通电时产生热量的现象，称为电流的热效应。 学习新知 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。 电功等于电热量（电热）： Q=W W=IUt 电功： 欧姆定律： U=IR Q=I2 R t 知识点二：焦耳定律 学习新知 1.焦耳定律： （2）表达式：Q=I2 R t （1）内容：电流通过导体时产生的热量Q跟电流I的二次方、跟导体的电阻R及通电时间t成正比。 （适用一切产生电热的电路） 焦耳 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（Jouleˊs law）。 学习新知 2.热功率 （1）定义： 单位时间内电流通过导体发热的功率叫做热功率． （2）表达式： （仅适用产生电热的电路） W=Q Q=I2 R t P热=I2 R P= 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。 （3）单位：瓦(W)； 千瓦(kW) 学习新知 14 P=UI P=I2R （一切电流做功的功率） （专指电流发热的功率） 热功率 总功率 纯电阻电路： 电能W 转化 内能Q P电=P热 UI=I2 R 思考：区别热功率与电功率。 学习新知 1.纯电阻电路和非纯电阻电路 纯电阻电路：只含有电阻的电路、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。 非纯电阻电路：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。 知识点三：电路中的能量转化 学习新知 纯电阻电路： 电能 → 内能 Q I2Rt W IUt = I=U/R 非纯电阻电路: 电能 → 内能和其它形式的能 W + W其 IUt I2Rt I＜U/R 说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路！ ＞ 指某段电路在某段时间内消耗的全部电能! 指转化为内能的那部分电能! R M Q 学习新知 纯电阻电路: 非纯电阻电路: I=U/R 电功 = 电热: W= IUt = =I2Rt U2t/R 电功率=热功率：P = I U = U2/R = I2R =P热 I＜U/R 电功：W= IUt 电热：Q=I2Rt 电功率：P = IU 热功率：P热=I2R R M =Q 学习新知 18 2.电动机中的能量转化 电动机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。 学习新知 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； 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： 学习新知 思考：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 学习新知 两种电路的比较: 两种电路 比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 欧姆定律 能量转化 元件举例 电路中只要电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器 服从欧姆定律 不服从欧姆定律 I= U＞IR或I＜ 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 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等 学习新知 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 学习新知 1、额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，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下图中的哪一个(　　) C 学习新知 2.(多选)如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机绕组R2=10 Ω,当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是 (　　) A.I=1.5 A　　　 B.I<1.5 A C.P=15 W D.P<15 W BD 学习新知 一、电功和电功率 1.电流做功的实质：静电力做功 2.电功：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． 表达式：W=UIt（适用于一切电路） 3.电功率：单位时间内电流所做的功 表达式：P=UI（适用于一切电路） 二、焦耳定律：Q=I2 R t（适用一切产生电热的电路）；P=I2 R 热功率：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。 三、电路中的能量转化 1.纯电阻电路与非纯电阻电路 2.电动机中的能量转化 课堂小结 $$