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必修第三册

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师： 12.1电路中的能量转化 学习目标 物理观念：知道电流做功的实质，从电能转化 的角度建立电功和电功率的概念；掌握 电热和热功率表达式的推导思路和过程。 科学态度 与责任：知道焦耳定律的物理意义，关注 焦耳定律在生活、生产中的应用，并 用所学知识解释生活中电能转化现象，培养节能意识。 科学思维、科学探究：通过对电动机电路的探究，能够区 分纯电阻电路和非纯电阻电路，提高学 生分析论证能力，帮助形成科学思维和方法。 1 能量守恒 做功伴随着能量转化 复习引入 做功是能量转化的量度 （重力做功----重力势能变化；） （合力做功----动能变化；） （静电力做功----电势能变化。） 2 学习任务一： 电功和电功率 问题一：电流做功的实质？ 电能转化为内能 电能转化为机械能和内能 电能转化为化学能+内能 思考：用电器工作时，电能转化为其他形式能。是什么力做功？ F 电场线向右 自由电子受电场力向左 自由电子定向移动方向向左 电场力做正功，电势能减少，其他形式能增加。 截取部分研究： 电流做功实质：导体中的恒定电场对自由电荷做功，即电流做功，简称电功。 意义：电流做功的过程是电势能转化为其他形式的能的过程， 即电功是电势能转化为其他形式的能的量度。 回忆：电流是如何形成的？ 电场力 电荷 做正功 电势能减小 电能减小 定向移动 形成电流 理思路 问题二：如何计算电流所做的功、功率？ 如图所示，一段电路两端的电压为 U ，电路中的 电流为 I ，求时间 t 内电流在这段电路中所做的功 W 。 思考：①如何表示在时间t 内通过这个电路任意截面的电荷量q ？ ②如何表示在整个过程中电场力做的功W ？ ③如何表示电功率p ？ W=qU q=It 1.定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功。 2.表达式：W = qU= UIt W=UIt 适用一切电路 一.电功 3.意义：量度电能转化为其它形式的能的多少。 4.标量,单位： J 1kWh=3.6×106J 5.测量方法：电能表、伏安法等。 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？ 观察与思考 二.电功率 1.定义：单位时间内电流所做的功 2.表达式： 3.标量 单位换算： W (1kW=103W) 4.测量方法：电压表和电流表 比值定义法 适用一切电路 5、额定功率和实际功率 ①用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，即用电器两端加上额定电压时的功率（也是用电器长期工作的最大功率） ②用电器在实际电压下工作的功率是实际功率。通常情况下P实≤P额。 【例题1】一根电阻丝在t 时间内通过2C 的电量时，消耗电能是8J。若在t 时间内通过该电阻丝4C的电量时，该电阻丝两端所加电压U 和该电阻丝在t 时间内消耗的电能E 分别为（ ） A．U=4V B．U=8V C．E=16J D．E=32J 解析： 根据W=qU，又因为W=E有： U′=2U=2×4V=8V E=q′U′=4C×8V=32J 根据W=qU=E， U ====4V， 又因为I= ，可知 I′=2I ，又由欧姆定律U=IR得出： BD 思考：消耗的电能哪去了？ 任务评价一 练习：LED 灯是一种新型半导体节能灯。已知某型号的LED灯珠正常工作时，两端电压为1.4V，电流为20mA。一广告牌用该型号LED灯珠的总数量为40000题，那么该广告牌上的灯珠全部点亮正常工作时，消耗的电功率为( ) A. 500W B. 800W C. 1120W D. 1500W C 学习任务二： 焦耳定律 问题：通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通电时间为t，推导电热水器产生的热量表达式。 电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能；即电流在这段电路中的功W等于这段电路中产生的热量Q，所以： W=Q W=UIt I= Q=I2Rt 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。 三、焦耳定律 （1）内容：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。 （2)表达式： Q=I2Rt 焦耳 实验表明：所有用电器在通电时所产生 的热量都满足焦耳定律 （3）热功率 (适用于所有因电流通过 导体发热功率的计算) 单位：瓦(W) 千瓦(kW) （4）电功与电热的区别 电功 实质:静电力移动电荷做的功 电功率 电热 实质:电流热效应,电流通过时导体发热。 热功率 实验演示 【例题2】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。这台电动机的电功率、电动机发热的功率各是多少？ P电˃P热为什么？ P电=UI=220×5W=1100W P热=I2R=52×0.4W=10W 解： 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。 电功与电热的关系？ 任务评价二 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，含有电容器、电感线圈等的电路把电能转化为内能和其它形式的能。 1.认识两种电路 纯电阻电路： 非纯电阻电路： 学习任务三： 电路中的能量转化 电功 电热（内能） 100% 电功 电热（内能） 部分 部分 其它能(机械能、化学能等) 纯电阻电路： 消耗的电能全部转化为内能 W = Q UIt = I2Rt 即：U = IR 消耗的电能转化为 内能 其它形式的能 (如：机械能) 产生热量Q 非纯电阻电路： W > Q UIt > I2Rt 即：U > IR 欧姆定律：U = IR适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路！ 故： W = Q =UIt = I2Rt W=UIt Q=I2Rt 2.区别 ①纯电阻电路 电功 = 电热: W = Q =IUt = I2Rt 电功率 = 热功率: ②非纯电阻电路： 电功：W= IUt 电功率：P = IU 电热：Q=I2Rt 热功率：P热=I2R 3.电功与电热的关系 4.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电. P热＝I2r. 能量守恒可知三者关系为：UI＝I2r＋P机 P出= P机＝UI－I2r (4)电动机的效率： 电动机工作时能量转化的实验探究 实物图 实验研究：直流电动机 问题：如何测量电动机的电功率和热功率？ 需要测量那些物理量？ 电路如何设计呢？ 实验：测量电动机的电功率与热功率 测量数据（R=10 Ω） 工作状态 U/V I/A 电功率 热功率 叶片不转动 0.188 0.0188 0.258 0.0258 0.310 0.0309 叶片转动 0.666 0.0334 0.949 0.0439 0.0035W 0.0035W 0.0067W 0.0067W 0.0096W 0.0096W 0.0222W 0.0112W 0.0417W 0.0193W 叶片不转动时 叶片转动时 实验：测量电动机的电功率与热功率 含电动机的电路分析 电动机正常工作时，属于非纯电阻电路。当电动机被卡住时，因无法对外做功，电能全转化为热能，相当于纯电阻电路。 课本例题（P82) 【例题3】一台电动机，线圈的电阻是6Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？ 若在正常工作时，转子突然被卡住，则此时电动机的发热功率是多大？ 任务评价三 【例题4】如图示，是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻 r ＝0.8Ω，电路中另一电阻 R＝10Ω，直流电压 U＝160V，电压表示数UV＝110V。试求：(1)通过电动机的电流； (2)输入电动机的电功率； (3)若电动机以 v＝1m/s 匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量？ (g取10 m/s2) 参考答案：⑴I = 5A ⑵P电= UVI = 550W ⑶m = 53kg 分析： (1) 此电路为包含纯电阻和非纯电阻的混合电路，注意只有纯电阻部分符合欧姆定律： (2) 对于电动机这部分电路，因其是非纯电阻电路，从功率上有： P电=P热+ P机 课堂小结 电路中的能量转化 纯电阻电路 电能 内能 电功 电热 电功率热功率 非纯电阻电路 电能 内能 其他能量 电功 电热 电功率热功率 1.(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＝ 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 课堂练习 2.两个灯泡分别标有“6V，3W”和“6V，4W”的字样，将这两个灯泡串联或并联后接入电源。为了保证电路安全工作，并假定灯泡电阻恒定，两种情况下两灯泡的总功率最大可以达到（   ） A. 串联时5.25W，并联时5.25W                              B. 串联时5.25W，并联时7W C. 串联时7W，并联时5.25W                                   D. 串联时7W，并联时7W B 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 4. 如图所示是一台直流电动机的照片。当该电动机在额定电压下工作时，下列结论正确的是( ) A. 电动机的热功率是3W B. 电动机的输入功率为0.125W C. 电动机输出的机械功率是2.875W D. 电动机持续工作一小时耗电为0.03度 C 5、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 P电= P热+ P机 其中机械功率： P机=mgv=50×10×0.9=450瓦 电功率： P电=UI=110×5=550瓦 ∴P热=P电-P机=550-450=100瓦 ∵P热=I2R=100瓦 电动机线圈的电阻为4Ω。 解： ∴R=4Ω 功率与力学综合问题 THANKS 观看视频：电池和锡箔纸的激情燃烧 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 $$