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

该高中物理课件聚焦“电能与能量守恒定律”，系统涵盖电功、电功率、焦耳定律及电路能量转化，通过电动机转动实验、电冰箱铭牌分析等实例导入，衔接初中电流热效应知识，构建“概念-规律-应用”的学习支架。 其特色在于以物理观念（能量转化与守恒）和科学思维（公式适用条件辨析、实验推理）为核心，结合电动机能量分配、电吹风电路分析等生活案例，通过判断题、例题解析深化理解，培养学生理论联系实际能力，助力教师高效开展重难点教学。

第十二章　电能　能量守恒定律 1. 电路中的能量转化 学 习 目 标 1.通过实例分析,理解电能向其他形式的能转化是通过电流做功来实现的,加深对功与能量转化关系的认识。(物理观念) 2.通过推导电功公式与焦耳定律,理解电功、电功率和焦耳定律,能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。(科学思维) 3.从能量的转化和守恒的角度分析非纯电阻电路中的能量转化,理解电功与电热的区别与联系。(物理观念) 4.联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备,体会能量转化与守恒思想,增强理论联系实际的意识。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 一、电功和电功率 1.电流做功的实质 导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。　　　转化为其他形式的能,是通过电流做功来实现的。  2.电功 (1)定义:电流在一段电路中所做的功,等于这段电路 两端的电压U、电路中的　　　　、通电　　　　三者的乘积。  (2)公式:W=Uq=　　　　。  (3)单位:　　　　,符号:　　　　。  即从电源获得的能量 电流I 电能 时间t UIt 焦耳 J 3.电功率 (1)定义:电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的　　　　与　　　　__________的乘积。  (2)公式:P=　　　　。  (3)单位:　　　　,符号:　　　　。 电流做功的快慢 电压U　 UI 瓦特 W 电流I　 二、焦耳定律及电路中能量转化 1.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的　　 　　 成正比,跟导体的　　　　_________及通电时间成正比。  (2)公式:Q=　　　　。  2.电热功率 (1)定义:电流通过导体发热的功率。 (2)公式:P热=　　　　。  初中学过电流的热效应 二次方 电阻 I2Rt I2R 3.电路中的能量转化 (1)电动机:设电动机消耗的功率为P电,输出的功率为P机,损失的功率为P损,它们之间满足_______________。设电动机两端的电压为U,通过电动机线圈的电流为I,电动机线圈的电阻为R,P电=　　　　,只考虑线圈发热产生的能量损失,P损=P热=　　　　　,P机=　　　　。  (2)充电的电池:电源提供的电能转化为电池的化学能和　　　　,即P电=P化+P内。 内能 P电=P机+P损 UI　 I2R UI-I2R 情境链接 进行如图所示实验,闭合开关S,待小电动机M转动稳定时, 记录电表示数U1、I1;然后用手使小电动机不转动,记录电 表示数U2、I2;比较,你有什么发现?你能解释其中的 道理吗? 提示:。电动机转动时,电能转化为机械能和线圈因有电阻而产生的内能,根据能量守恒,有U1I1> r;电动机不转动时,电能全部转化为线圈因有电阻而产生的内能,有U2I2= r,由以上两式得。 教材拓展 阅读教材第80页“P=UI,P=I2R”的导出过程,说明这两个公式的适用条件。 提示:P=UI适用于任何电路; P=I2R适用于电能全部转化为内能的纯电阻电路。 易错辨析 (1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。 (　　) (2)电功率越大,表示电流做功越多。 (　　) (3)W=UIt适用于任何电路求电功。 (　　) 提示:电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。 提示:电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。 × × √ (4)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。 (　　) (5)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。 (　　) 提示:电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少与时间有关。 × √ (6)Q=I2Rt适用于任何电路求热量。 (　　) √ 重难探究·能力素养全提升 探究点一　电功和电功率 导学探究 下面是某型号电冰箱的铭牌 型号*** 额定电压220 V~ 星级标志**** 额定频率50 Hz 气候类型SN·N·ST 输入总功率100 W 防触电保护类别Ⅰ类 额定耗电量0.72 kW·h/24 h 总有效容积235 L 噪声38 dB(A) 冷冻室有效容积85 L 冷冻能力4.0 kg/24 h 发泡剂环戊烷 额定输入电流0.5 A 重量64 kg 制冷剂R600a 50 g (1)该冰箱正常工作时的额定功率是多少? (2)冰箱正常工作一天大约耗电多少? (3)如果要设计更节能的冰箱,可以从哪些方面入手? 提示:110 W 提示: 9.504×106 J 提示:使用更好的隔热材料制作箱体,提高压缩机的效率,使用制冷系数更高的制冷剂等。 知识归纳 1.对电功的理解 (1)从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。 (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。 项目 串联电路 并联电路 特点 电流相同I1=I2 电压相同U1=U2 功率公式 P=I2R P= 功率关系 总功率 P=P1+P2+…+Pn 2.串、并联电路中的电功率 特别提示　(1)求解串、并联电路中的功率分配问题,比例法求解会使问题简化,但一定要确定是正比关系还是反比关系。 (2)当分析用电器的功率问题时,一定要注意用电器的安全,不要超过用电器的额定电压、额定电流。 典例剖析 【例1】(多选)图中R1=2 Ω,R2=4 Ω,R3=4 Ω,通电后(　　 ) ABC A.经R1和R3的电流之比I1∶I3=2∶1 B.R1两端的电压和R3两端的电压之比U1∶U3=1∶1 C.三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3=2∶1∶1 D.三个电阻消耗的电功率之比P1∶P2∶P3=3∶2∶4 解析:题图所示电路为R2和R3并联后再与R1串联,故I1=I2+I3,又,则有,故A正确;R2和R3并联,总电阻为R并==2 Ω,则有,故B正确;电功率之比为P1∶P2∶P3==2∶1∶1,故C正确,D错误。 方法技巧　1.无论是串联电路还是并联电路,电路消耗的总功率都等于各电阻消耗的功率之和。 2.串、并联电路的功率分配:串联时电流相同,由P=I2R可知,P与R成正比;并联时电压相同,由P=可知,P与R成反比。   3.最大功率求法:先找出电路允许通过的最大电流或允许加的最大电压,然后利用P=I2R或P=求解。 对点演练 1.有额定电压都是110 V,额定功率PA=100 W、PB=40 W的电灯两盏,接在电压为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(　　) C 解析:对电灯有P=UI=,可知RA<RB,对于A电路,由于RA<RB,所以UB>UA,则有UB>110 V,B电灯被烧毁;对于B电路,由于RB>RA,A电灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,B电灯被烧毁;对于C电路,B电灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110 V,两电灯可以正常发光;对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110 V,两电灯可以正常发光;比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110 V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110 V,所以C电路消耗电功率最小,C正确。 探究点二　焦耳定律 导学探究 一台能正常工作的电动机如图所示,其工作电压为220 V。 (1)电动机消耗的电能会全部转化为线圈产生的内能吗? (2)设电动机内部线圈的电阻为r,结合欧姆定律的适用条件,判断能否用I=计算流过电动机的电流。 提示:不会,只有一部分电能转化为内能。 提示:不能。 知识归纳 1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 比较项 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件 特点 电路中只有电阻元件,如电阻、电炉丝等 电路中除电阻外,还包括把电能转化为其他形式的能的用电器,如电动机、电解槽 欧姆 定律 适用,I= 不适用,I< 比较项 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量 转化 电能全部转化为内能:   W=Q=UIt=I2Rt=t 电能转化为内能和其他形式的能:   W=UIt,Q=I2Rt,W=Q+W其他 功率 特点 电功率等于热功率: P电=P热=UI=I2R= 电功率等于热功率与其他功率之和: P电=UI P热=I2R P电=P热+P其他 2.电动机的简易模型及其功率、效率 (1)电动机的总功率(输入功率):P总=UI。 (2)电动机的发热功率:P热=I2R。 (3)电动机的输出功率(机械功率):P机=P总-P热=UI-I2R。 (4)电动机的效率:η=×100%。 典例剖析 【例2】(多选)某实验小组拆下一个小电风扇的电动机,他们 把它接入某电路(图未画出),发现它不转动,用电压表测得它 两端的电压U0=0.3 V,流过它的电流I0=0.3 A。该小组又设计 了如图所示的实验电路,已知电源的电压恒为U=9 V。小灯 泡的额定电压UL=2 V,额定功率PL=2 W。闭合开关S,调节电 阻箱的阻值,当R=2 Ω时,灯泡恰好正常发光,电动机正常工作, 根据以上信息,可知(　　) A.电动机线圈的电阻为5 Ω B.电动机正常工作时输出功率为5 W C.电动机的效率为80% D.电动机被突然卡住(未烧坏)时的电功率为 W CD 解析:电动机两端电压为0.3 V,电流为0.3 A时,电动机不动,根据欧姆定律有RM==1 Ω,故A错误;当R=2 Ω时,灯泡恰好正常发光,则电路电流为I1==1 A,电动机电压为UM=U-I1R-UL=5 V,电动机正常工作时,输出功率为P输=P-P热=UMI1-RM=4 W,故B错误;电动机的效率为η=×100%=80%,故C正确;灯泡电阻为RL==2 Ω,电动机被突然卡住(未烧坏)时,根据欧姆定律有I2==1.8 A,此时电动机的电功率等于发热功率为P'=RM= W,故D正确。 教你析题 读取题干 获取信息 发现它不转动,用电压表测得它两端的电压U0=0.3 V,流过它的电流I0=0.3 A 此时电路为纯电阻电路,满足欧姆定律,电功率等于热功率 该小组又设计了如图所示的实验电路,已知电源的电压恒为U=9 V 小灯泡、电动机、电阻箱串联,流过三者的电流相同,电源电压等于三者电压之和 小灯泡的额定电压UL=2 V,额定功率PL=2 W。闭合开关S,调节电阻箱的阻值,当R=2 Ω时,灯泡恰好正常发光,电动机正常工作 此时电路为非纯电阻电路,R=2 Ω时,小灯泡两端电压为2 V,消耗电功率为2 W,电动机正常工作,P输=P-P热 教你破题 方法技巧　电动机电路的分析与计算 1.当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。 2.当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。 对点演练 2.(多选)(2025四川成都期中)关于公式①P=UI;②P=I2R;③P=;下列叙述正确的是(　　) A.公式①适用于任何电路求电功率,公式①②适用于任何电路求热功率 B.在纯电阻电路中,①②③公式都适用于求电功率,也适用于求热功率 C.公式②在纯电阻电路中和非纯电阻电路中均可求电路的热功率 D.只要是求电路的热功率,公式②③均可以用 BC 解析:由于U=IR只适合纯电阻电路,在纯电阻电路中①②③没有区别,在非纯电阻电路中①②③各不相同,故A错误,B正确;公式②在纯电阻电路中可求电路的热功率,在非纯电阻电路中,公式②也可求电路的热功率,故C正确;对于非纯电阻电路,公式③不适合求热功率,故D错误。 学以致用·随堂检测全达标 1.(电功和电功率)(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　　 ) 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=IUt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,IU>I2R D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路 BCD 解析:电功率公式P=,表示电功率越大,电流做功越快。对于一段电路,有P=IU,I=,焦耳热Q=Rt,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=IUt是电功的定义式,适用于任何电路,而W=I2Rt=t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。 2.(非纯电阻电路分析与计算)(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到的热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2相串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,通过 的电流为I,消耗的电功率为P,则下列选项正确的是(　　) A.IU>P B.IU=P C.P>I2(R1+R2) D.P=I2(R1+R2) BC 解析:电吹风机消耗的电功率即消耗的电能的功率为P=UI,大于电阻上的热功率,B、C正确。 3.(串、并联电路电功率的计算)四个定值电阻按图示连接方式连入电路。已知RA、RC的规格为“10 V　4 W”,RB、RD的规格为“10 V　2 W”。这四个电阻消耗功率的大小关系为(　　) A A.PD>PA>PC>PB B.PA>PC>PD>PB C.PA>PD>PC>PB D.PD>PA>PB>PC 解析:根据R=可知RA=RC<RB=RD,由于通过RA、RD的电流相等,根据P=I2R可知PD>PA,因RB、RC两端电压相等,根据P=可知PC>PB,因RA、RC电阻相等,IA>IC,根据P=I2R可知PA>PC,即PD>PA>PC>PB,故选A。 $