8.焦耳定律 电路中的能量转化 9.家庭电路-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

本讲义聚焦焦耳定律、电路能量转化及家庭电路核心知识点，从电能转化切入，系统梳理电功、电功率定义与计算，通过焦耳定律建立电热与热功率关系，区分纯电阻与非纯电阻电路能量转化差异，最终关联安全用电常识，构建完整知识脉络。 资料以情境导入激发兴趣，通过师生互动任务驱动科学思维，结合典型例题与实验探究（如小电机功率分析）培养能量观念与科学探究能力。针对练与变式拓展设计，课中辅助教师教学，课后助力学生查漏补缺，体现问题导向与实践结合的学科特色。

8．焦耳定律　电路中的能量转化　9.家庭电路 【素养目标】　1.从电能向其他形式的能的转化理解电功以及电功率，理解电功和能量转化的关系。2.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。3.从能量的转化和守恒的角度理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路和非纯电阻电路。4.能从能量的角度分析求解电功、电功率等相关问题，逐步形成能量观念。5.了解安全用电和节约用电常识。 知识点一　电功　电功率 【情境导入】　现代生活中常见的用电器有电灯、电热水壶等。你知道这些用电器中的能量是通过什么途径转化的吗？ 提示：通过电流做功来实现，即导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。 【教材梳理】(阅读教材P95－P96完成下列填空) 1．电功 (1)定义：电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。 (2)公式：W＝UIt。 (3)单位：焦耳，简称焦，符号为 J。 常用的单位：千瓦时(kW·h)，1 kW·h＝3.6×106 J。 2．电功率 (1)定义：电流所做的功W与做这些功所用时间t的比叫作电功率。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)单位：瓦特，简称瓦，符号为W。1 W＝1 J/s。 (4)意义：表示电流做功的快慢。 【师生互动】　若某用电器的额定电压为U，额定电流为I，回答下列问题： 任务1.在额定电压下，电流做功的功率为多少？t时间下电流做的功为多少？ 任务2.若电压降低一点，电流做的功一定会减少吗？为什么？ 提示：任务1.P＝UI；W＝UIt。任务2.不一定；电流做功还与时间有关。 A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时，各自消耗的实际功率相同，则RA∶RB∶RC为(　　) A．1∶1∶1 B．1∶2∶2 C．2∶1∶1 D．1∶4∶4 答案：D 解析：B、C两个灯泡并联，则UB＝UC，B、C两个灯泡消耗的实际功率相同，则由P＝可得RB＝RC，IA＝2IB＝2IC，则由P＝I2R可得RA∶RB∶RC＝1∶4∶4，故选D。 变式拓展．在[例1]中，如果A、B、C为相同规格的灯泡，则A、B、C实际消耗的功率之比为(　　) A．1∶1∶1 B．4∶1∶1 C．2∶1∶1 D．1∶4∶4 答案：B 解析：A、B、C三个灯泡规格相同，电阻相同，B、C两个灯泡并联，则UB＝UC，由P＝可得B、C两个灯泡消耗的实际功率相同，通过A的电流是通过B和C电流之和，即IA＝2IB＝2IC，则由P＝I2R可得PA∶PB∶PC＝4∶1∶1，故选B。 学生用书↓第104页 1.纯电阻电路中的电功率 项目 串联电路 并联电路 特点 电流相同I1＝I2 电压相同U1＝U2 电功率 计算公式 P＝I2R P＝ 功率关系 ＝ ＝ 总功率 P＝P1＋P2＋…＋Pn 2.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时消耗的电功率叫作额定功率。当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率。 (2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率。 针对练1.室内有几种家庭常用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不能同时使用的是(　　) A．电饭煲和电冰箱 B．取暖器和空调器 C．电饭煲和空调器 D．电冰箱、电视机和空调器 答案：C 解析：电路中允许的最大功率为Pm ＝UI＝2 860 W，用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，所以空调器和电饭煲不能同时使用，故选C。 针对练2.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(　　) 答案：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A、B两灯不能同时正常发光；对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻小于RA，所以UB＞U并，A、B两灯不能同时正常发光；对于C电路，B灯与变阻器并联，并联部分的总电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以同时正常发光；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，两灯可以同时正常发光。比较C、D两个电路，C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110 V，D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110 V，所以C电路消耗的电功率最小，故选C。 知识点二　焦耳定律　热功率 【情境导入】　电熨斗接通电源后会发热，将电能转化为什么能？这个规律是哪个科学家发现的？ 提示：将电能转化为内能；焦耳。 【教材梳理】(阅读教材P96－P98完成下列填空) 1．焦耳定律 (1)内容：电流通过电阻产生的热量Q 跟电流 I 的二次方成正比、跟导体的电阻 R 成正比、跟通电时间 t 成正比。 (2)表达式：Q＝I2Rt。 (3)焦耳热：电流通过电阻而产生的热称为焦耳热。 2．热功率 (1)定义：电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间 t 的比叫作热功率。 (2)表达式：P热＝＝I2R。 (3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量。 【师生互动】　随着家用电器的增多，特别是空调、电热器等大功率用电器的使用，因用电器造成的火灾事故不时出现，对人民的生命财产安全造成重大威胁。据统计绝大部分火灾事故是由导线以及导线与插座或开关等元件接头处温度升高而导致的。 任务1.电流通过导体为什么会发热？产生的热量与哪些因素有关呢？ 任务2.导线接头处为何容易温度升高？ 提示：任务1.因为导体有电阻，电流通过时会产生电热而使导体温度升高。由焦耳定律公式Q＝I2Rt知，产生的热量与流过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。 任务2.由于接头处连接时易形成电阻，电流通过时产生电热而导致温度升高。 学生用书↓第105页 有两个不同的电烙铁，其中甲的规格为“220 V　800 W”，乙的规格为“220 V　1 600 W”。当两电烙铁分别接通时，通过甲的电流为I1＝0.4 A，通过乙的电流为I2＝0.2 A，甲工作t1＝10 s，乙工作t2＝20 s后释放的热能分别为多少？ 答案：96.8 J　24.2 J 解析：由P＝得R＝ 代入数据解得R甲＝60.5 Ω，R乙＝30.25 Ω 由焦耳定律Q＝I2Rt得Q甲＝IR甲t1，Q乙＝IR乙t2 代入数据解得Q甲＝96.8 J，Q乙＝24.2 J。 1．电热和热功率的表达式 Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率。　　 2．对于电烙铁、电热水器等用电器，电流所做的功全部转化为导体的内能，即Q＝W＝UIt＝I2Rt，电流通过电热水器时电流的电功率就是电流的发热功率，即P热＝＝＝I2R。 针对练1.(2025·江苏马坝高级中学期中)两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中，A的长度为L，直径为d；B的长度为2L，直径为2d，那么通电后在相同的时间内A、B产生的热量之比为(　　) A．QA∶QB＝1∶2 B．QA∶QB＝2∶1 C．QA∶QB＝1∶1 D．QA∶QB＝4∶1 答案：B 解析：A、B的长度之比为1∶2，直径之比为1∶2，则横截面积之比为1∶4，根据电阻定律R＝知，电阻之比为2∶1，又A、B串联，流过A、B的电流相等，根据Q＝I2Rt可知，在相同的时间内A、B产生的热量之比为QA∶QB＝2∶1，故B正确，A、C、D错误。 针对练2.(多选)用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要的时间为t，如果不考虑电热丝电阻受温度的影响，那么(　　) A．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t 答案：BD 解析：由公式Q＝t可知，煮沸一壶水所需的热量为Q＝t。当电压变为原来的时，煮沸一壶水所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t，故A错误，B正确；当电压变为原来的时，时间要变为原来的16倍，即16t，故C错误，D正确。 知识点三　电路中的能量转化 【情境导入】　如图所示，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？ 提示：涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发热的功率P热、转化为机械能的功率P机。 【教材梳理】(阅读教材P98－P99完成下列填空) 1．在电阻元件中，电流使电阻发热，电能全部转化为内能，电功率等于热功率，即P电＝P热。 2．在电动机、电解槽等用电器中，电能要分别转化为机械能、化学能等，还有一部分转化为内能，即P电＝P热＋P其他。 3．闭合电路中的能量转化 电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和，即IE＝IU＋I2r。 当外电路短路时，路端电压U＝0，短路电流为I0，则I0E＝Ir。 【师生互动】　如图是规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，接上220 V电压后， 任务1.该排气扇的电功率是多少？ 任务2.该排气扇的热功率是多少？ 任务3.该排气扇的输出功率是多少？ 任务4.该排气扇的效率是多少？ 任务5.由于某种原因叶片被卡住，电机被烧坏，请说明电机被烧坏的原因。 提示：任务1. 36 W。任务2. P热＝I2R＝()2R≈1 W。 任务3. P出＝P额－P热＝35 W。任务4.η＝×100%≈97%。任务5.如果叶片被卡住，则电机不再向外输出功率。电机由非纯电阻电路转化为纯电阻电路，此时热功率P热′＝＝ W＝1 210 W，远超过排气扇电机的承受能力，故电机被烧坏。 学生用书↓第106页 (多选)(2025·绵阳中学高二校考期末)如图是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝 R构成。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W，关于该电吹风，下列说法正确的是(　　) A．电热丝的电阻为55 Ω B．若S1、S2闭合，则电吹风吹冷风 C．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J D．电动机工作时输出的机械功率为880 W 答案：AC 解析：电机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为P＝P热－P冷＝1 000 W－120 W＝880 W，由P＝可知R＝＝ Ω＝55 Ω，故A正确；若S1、S2闭合，电热丝接入，则此时电热丝发热，电吹风吹出的是热风，故B错误；当吹热风时，电动机消耗的电功率仍为120 W，每秒钟消耗的电能为120 J，故C正确；电动机工作时的输入功率为吹冷风时的功率，即为120 W，由于电动机内部线圈会产生一定的热功率，可知电动机工作时输出的机械功率小于120 W，故D错误。 取一个玩具小电机，其内阻R＝1.0 Ω，把它接在如图所示的电路中。 (1)先夹住电机轴，闭合开关，小电机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为0.50 V，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。 (2)再松开夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为2.0 V(此电压为小电机的额定电压)，电流表的示数为0.4 A，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。 答案：(1)0.25 W　0.25 W　电功率等于热功率 (2)0.80 W　0.16 W　电功率大于热功率 解析：(1)小电机不转时，电机是一个纯电阻元件，电机的内阻与滑动变阻器串联，U＝0.50 V，由欧姆定律得I＝＝ A＝0.50 A P电＝UI＝0.50×0.50 W＝0.25 W P热＝I2R＝0.502×1.0 W＝0.25 W 则P电＝P热。 (2)小电机转动时，电机是非纯电阻元件 U＝2.0 V，I＝0.40 A P电＝UI＝2.0×0.40 W＝0.80 W P热＝I2R＝0.402×1.0 W＝0.16 W 则P电>P热。 纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 比较项目 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、白炽灯 电路中除电阻外，还包括能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＜ 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 　　 特别提醒：1.当电动机不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时是一个纯电阻元件。当电动机转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时是非纯电阻元件。 2．求解非纯电阻电路问题时，注意区分电功率和热功率，弄清电功率、热功率、其他功率的关系。 针对练1.(2025·四川内江高二统考期末)如图所示，一直流电动机M与阻值R0＝4 Ω的电阻串联在电源两端，电源的电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，用理想电压表测出电动机两端的电压U＝5 V，已知电动机线圈的电阻RM＝1 Ω。则下列说法中正确的是(　　) A．通过电动机的电流为5 A B．电源内阻的电功率为2 W C．电动机线圈电阻的电功率为1 W D．电动机的输出功率为5 W 答案：C 解析：根据欧姆定律得回路中的电流I＝＝A＝1 A，A错误；电源内阻的电功率为P＝I2r＝1 W，B错误；电动机线圈电阻的电功率为PM内＝I2RM＝1 W，C正确；电动机的输出功率为PM出＝UI－I2RM＝5×1 W－1 W＝4 W，D错误。 学生用书↓第107页 针对练2.电动机与电阻R1并联，如图所示，电阻R1＝20 Ω，电动机的线圈电阻R2＝10 Ω，当开关S断开时，电流表的示数是1.5 A，当开关S闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，此时电流表读数为3.5 A，则电动机的热功率是(　　) A．40 W　 B．4 W　　 C．90 W D．9 W 答案：A 解析：当开关闭合时，流过R1的电流不变，则由并联电路分流原理可知，流过电动机的电流IM＝3.5 A－1.5 A＝2 A，则电动机的热功率P热＝IR2＝22×10 W＝40 W，故A正确，B、C、D错误。 知识点四　安全用电　节约用电 【教材梳理】(阅读教材P103－P108完成下列填空) 1．安全用电知识 (1)不接触低压带电体，不靠近高压带电体，不损坏绝缘层，不弄湿用电器。 (2)如果发生触电事故，应先切断电源开关。使触电者脱离电源后再进行施救。 (3)避免电流过载，及时更换老旧设备和有破损的电线，防止电线过热而发生火灾。 (4)雷雨天应注意防雷击。 2．家庭电路中的安全防护设施 (1)安装可靠的接地线 在接地线连接良好的情况下，电器的金属外壳与地的电势相等，人就不会发生触电事故。 (2)过载保护与漏电保护 ①闸刀开关：家庭电路的总开关，拉开闸刀开关即切断电源。 ②保险丝：当短路或其他原因造成电流过大时对电路进行保护的重要元件，它串联在总干路中。 ③断路器：代替闸刀开关控制电路的通断，还兼有防止电流过大以及漏电保护等多种功能。 3．节电措施 (1)尽量使用节能的电器，如LED灯。 (2)合理使用空调。 (3)较长时间不使用的电器，关闭电源。 现代家庭电器化程度越来越高，安全用电是一个十分突出的问题。下表提供了一组人的部分人体电阻平均数据： 测量项目 完全干燥时 出汗或潮湿时 电阻 电流 (加220 V) 电阻 电流 (加220 V) 手与手之间 200 kΩ 1.1×10－3 A 5 kΩ 手与脚之间 300 kΩ 7.3×10－4 A 8 kΩ 手与塑料 鞋底之间 800 kΩ 2.8×10－4 A 10 kΩ (1)从表中可看出干燥时，电阻大约是潮湿时电阻的 倍。 (2)在空格中填入对人体加220 V 电压后的电流值。 (3)若对人的安全电流是20 mA 以下，上述哪几项是十分危险的？ (4)电路上有规格为10 A 的熔丝(俗称保险丝)，如图所示，用电器R的功率是1 500 W，这时通过熔丝的实际电流是多少？人体出汗或潮湿时，手脚触电，为什么熔丝不会断？ 答案：(1)38～80　(2)44 mA　27.5 mA　22 mA　(3)潮湿时各种情况均有危险　(4)见解析 解析：(1)n1＝＝40，n2＝≈38，n3＝＝80 所以干燥时电阻大约是潮湿时电阻的38～80倍。 (2)潮湿时电流分别为I1＝＝44 mA，I2＝＝27.5 mA，I3＝＝22 mA。 (3)由上述计算知，潮湿时导电电流都大于20 mA，所以潮湿时各种情况均有危险。 (4)通过用电器R的电流IR＝＝＝6.8 A，人的手脚触电时通过人体的电流I2＝27.5 mA＝0.027 5 A，通过熔丝的总电流为I＝IR＋I2＝6.827 5 A＜10 A，故熔丝不会熔断。 针对练．(多选)关于安全用电，下列说法正确的是(　　) A．不用手或导电物去接触、探试电源插座内部 B．可以用湿布擦拭电器 C．电器使用完毕后应拔掉电源插头 D．发现有人触电要设法及时切断电源 答案：ACD 解析：若用手或导电物去接触、探试电源插座内部，容易引起短路，A正确；用湿布擦拭电器容易发生触电事故，B错误；电器使用完毕后应拔掉电源插头，可以消除安全隐患，C正确；发现有人触电要设法及时切断电源，保证人身安全，D正确。 学生用书↓第108页 1．(多选)关于安全用电，下列说法正确的是(　　) A．灯头、插座、开关等的带电部分绝对不能外露 B．不要乱拉乱接电线 C．保险丝可以用铜丝、铝丝或铁丝代替 D．检修或调换灯头，要使开关断开，以防触电 答案：ABD 解析：用电线路及电气设备绝缘必须良好，灯头、插座、开关等的带电部分绝对不能外露，以防触电，A正确；不要乱拉乱接电线，以防触电或发生火灾，B正确；保险丝选用要合理，用铜丝、铝丝或铁丝代替，无法起到保护电路的作用，C错误；检修或调换灯头，要使开关断开，以防触电，D正确。 2．(多选)下列有关公式的说法正确的是(　　) A．计算电功时W＝UIt适用于任何电路 B．对任何电路W＝UIt＝t C．在非纯电阻电路中，UI>I2R D．计算焦耳热时，Q＝I2Rt适用于任何电路 答案：ACD 解析：W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，A正确；由于I＝只适用于纯电阻电路，故对非纯电阻电路W＝UIt≠t，B错误；在非纯电阻电路中，由于有部分电能转化为其他形式的能量，故电功率大于热功率，即UI>I2R，C正确；计算焦耳热时，Q＝I2Rt适用于任何电路，D正确。 3.(2025·上海市古美高中期末)如图所示，各灯泡额定电压和额定功率分别是：A灯“10 V　10 W”，B灯“60 V　60 W”，C灯“40 V　40 W”，D灯“30 V　30 W”。在a、b两端加上电压后，四个灯都能发光。不考虑各灯泡电阻随电压的变化，比较各灯泡消耗功率的大小，以下说法正确的是(　　) A．PB>PA>PD>PC B．PB>PA>PC>PD C．PB>PD>PC>PA D．PB>PD>PA>PC 答案：A 解析：A灯的电阻RA＝＝10 Ω，B灯的电阻RB＝＝60 Ω，C灯的电阻RC＝＝40 Ω，D灯的电阻RD＝＝30 Ω，设a到b回路的电流为1 A，则IA＝IB＝1 A，C、D两灯并联UC＝UD，即ICRC＝(1 A－IC)RD，解得IC＝ A，ID＝1 A－ A＝ A，A灯消耗的功率为PA＝IRA＝10 W，B灯消耗的功率为PB＝IRB＝60 W，C灯消耗的功率为PC＝IRC≈7.3 W，D灯消耗的功率为PD＝IRD≈9.8 W，所以PB>PA>PD>PC，故选A。 4．一台小型电动机在5 V电压下工作，用此电动机竖直提升所受重力为12 N的物体时，通过它的电流是0.3 A。在30 s内可使该物体被匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求： (1)电动机的输入功率； (2)在提升重物的30 s内，电动机线圈所产生的热量； (3)线圈的电阻。 答案：(1)1.5 W　(2)9 J　(3) Ω 解析：(1)电动机的输入功率 P入＝UI＝5×0.3 W＝1.5 W。 (2)物体上升的速度v＝＝0.1 m/s 电动机提升重物的机械功率 P机＝Fv＝mgv＝12×0.1 W＝1.2 W 电动机线圈所产生的热功率 P热＝P入－P机＝1.5 W－1.2 W＝0.3 W 产生的热量Q＝P热t＝0.3×30＝9 J。 (3)由焦耳定律Q＝I2rt得，线圈电阻为r＝＝ Ω＝ Ω。 学科网（北京）股份有限公司 $