2.8 焦耳定律 电路中的能量转化 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件围绕电功、电功率、焦耳定律及电路能量转化展开，通过常见用电器能量转化提问导入，结合手机充电器实例引出电功率，构建从生活现象到物理概念的学习支架。 其亮点在于以能量观念和科学思维为核心，通过公式推导（如W=UIt到Q=I²Rt）、对比纯电阻与非纯电阻电路（如电动机能量分配）突破难点，结合家电额定功率、高铁耗电等实例，增强实用性。学生能深化物理观念和推理能力，教师可直接利用完整教学链条提升效率。

第八节 焦耳定律 电路中的能量转化 第二章 电路及其应用 1 学习目标 1.理解电功的概念, 理解电功的公式,能进行有关的计算. 2.理解电功率的概念和公式,能进行有关的计算. 3.理解焦耳定律和电路中的能量转化. 2 新课导入 用电器通电后,可以将电能转化成其他形式的能量,下面两个常见的用电器，请同学们说明其能量的转化情况. 常见的用电器 用电器把电能转化成其他形式能的过程,就是电流做功的过程.电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢? 3 新课讲解 如图一段电路两端的电压为，通过的电流为，在时间内通过这段电路任一横截的电荷量 则电场力做功　　　　　　　 即： + + + 新课讲解 一、电功 电功率 1. 电功 （1）电功：电流通过电路时所做的功。 电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。 （2）实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。 自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。 （3）电功的单位： 焦耳(J) 千瓦时(kW·h) 1kW·h＝3.6×106J 新课讲解 （3）表达式： W＝qU＝UIt 电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流 I 、电路两端的电压U、通电时间 t 三者的乘积． （4）电功是电能转化为其他形式能的量度。 电流做了多少功，就有多少电能（电势能）转化为其他能。 适用条件：公式适用于一切电路。 新课讲解 那么如何计算电功率的大小呢？ 　　同一个手机选择不同的充电器，手机充满电所用的时间不同，也就是说不同的充电器消耗电能转化为电池的化学能的快慢不同。那么该用什么物理量来描述电流做功的快慢呢？ 5V 1A 充电器 20 W PD 充电器 30 W PD 充电器 新课讲解 （1）电功率：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率，用 P 表示。 （3）单位：瓦特（W）、千瓦（kw） 2.电功率 （2）表达式：P ＝ UI 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 与电流 I 的乘积。 （4）意义：电功率表示电流做功的快慢。 新课讲解 （5）额定功率和实际功率 几种常见家用电器的额定功率 用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，即用电器长期工作时的最大电压用电器在实际电压下工作的功率是实际功率 通常情况下， 用电器只有在额定电压下工作的实际功率才等于额定功率 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） 70～150 300～800 100～150 800～1200 40～60 新课讲解 为什么用电器通电后会发热呢？ 电烙铁 电熨斗 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；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，使离子热运动加剧，将电能全部转化为内能。 二、焦耳定律 热功率 新课讲解 　　电流通过电热元件时，导体会全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功 W 等于这段电路产生的热能 Q ，即 Q＝W＝UIt 　　由欧姆定律 U＝IR ，可以得到热量 Q 的表达式 Q＝I2Rt 即，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体电阻及通电时间成正比。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。 焦耳 新课讲解 1．焦耳定律． (1)内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比． (2)表达式：Q＝I2Rt （电热普适公式) (3)适用范围：Q＝I2Rt可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热)． (4)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能． 新课讲解 焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的情况，但是实际中有些电路除含有电阻外还含有其他负载，如电动机，下面我们以电动机为例，讨论其能量转化。 新课讲解 没有，不成立。因为电能只有部分转化为机械能，另一部分转化为内能。 1.电流通过电动机做功，将电能全部转化成机械能了吗？，即“P机＝P电”成立吗？为什么？ P热＝I2R. P电＝P机＋P热. 3.电功率、热功率和转化为机械能的功率三者什么关系？ 2.若电路中的电流为I，电动机线圈的电阻为R，则P热 等于什么？ 新课讲解 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：如果电路中还含有除电阻之外的其他负载，如电动机，电路中的能量又改如何转化呢？ 电流通过导体发热的功率．热功率也是电能转化为内能的功率. (1)定义： (2)表达式 （热功率普适公式) 2．热功率． 新课讲解 电流的热效应在实际生产生活中有广泛的应用。 你还能举例吗？ 电饭煲 电熨斗 电热水器 电暖气 新课讲解 三、电路中的能量转化 电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程 电能转化为机械能 电能转化为化学能 电能转化为内能 电解槽 电动机 电热器 新课讲解 （1）在时间t内外电路中有多少电能转化为内能？ Q外=I2R t （2）在时间 t 内，内电路中电流做功产生的热为多少？ Q内=I2 r t （3）电流流经电源时，在时间t内非静电力做多少功？ W=Eq＝ EIt （4）根据能量守恒定律，以上各能量之间有什么关系？ 设电源电动势为 E ，内阻为 r，外电路的用电器都是纯电阻 ,阻值为 R ，闭合电路的电流为 I。从能量转化方面考虑。 新课讲解 设电源电动势为 E ，内阻为 r，外电路的用电器都是纯电阻 ,阻值为 R ，闭合电路的电流为 I。从能量转化方面考虑。 W = Q外+ Q内 即 EIt = I 2Rt ＋I 2 rt 根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和。 EI = I 2R ＋I 2 r 闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的体现。 发生短路时：EI =I 2 r，电源释放的能量全部在内电路中转化为内能，危险！容易损坏电源，甚至可能引起火灾。 课堂练习 1.关于电功、电功率和焦耳定律，下列说法中不正确的是( ) 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= 只适用于纯电阻的电路 C.在非纯电阻电路中，U > I2R D.焦耳热Q= I2Rt适用于任何电路 课堂练习 课堂练习 2.中国已经成为世界上高铁系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家，报道称，新一代高速列车牵引功率达9000kW，持续运行速度为350km/h，则新一代高速列车沿全长约1300km的京沪线从北京到 上海，在动力上耗电约为( ) A.1.8×104kW•h B.3.3×104kW•h C.3.3×105kW•h D.3.1×106kw•h 课堂练习 课堂练习 3.如图甲所示为某款服务型机器人，它的直流电动机的额定电流为I，线圈电阻为r0，由电动势为E、内阻为r的直流电源供电，内部电路可简化如图乙所示，定值电阻的阻值为R，电动机恰好能正常工作，则此时( ) A.电动机两端的电压为Ir0 B.电动机的总功率为IE-I2(r+R) C.电动机的输出功率为I2r0 D.电源的输出功率为IE 课堂练习 课堂小结 一、电功和电功率 1、电功:在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功。 定义式：W=UIt （适用于一切电路） 2、电功率:单位时间内电流所做的功叫做电功率。 定义式：P=UI （适用于一切电路） 二、焦耳定律 热功率 Q=I2 R t 1、焦耳定律： （适用一切电路） 2、热功率 ： （适用一切电路） 三、电路中的能量转化 EI = I 2R ＋I 2 r 感谢观看 27 $