第3节 电功与电热-【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（鲁科版）

本讲义聚焦电功与电热核心知识点，系统梳理电功（W=UIt）、电功率（P=UI）的概念公式，通过焦耳定律（Q=I²Rt）建立电热与电流、电阻的关系，进而区分纯电阻与非纯电阻电路中电功与电热的计算差异，构建从基础概念到实际应用的学习支架。 该资料以核心素养为导向，通过判断正误强化物理观念，结合“用电器能量转化”实景链接培养科学思维，设计电动机效率计算等实例深化模型建构与科学推理。课中辅助教师突破重难点，课后通过针对练和例题解析，帮助学生查漏补缺，提升解决实际电热问题的能力与科学态度。

第3节　电功与电热 【核心素养目标】 物理观念 知道电功与电功率的概念，了解电热、热功率，知道焦耳定律，并能解释生产、生活中的电热现象等问题。 科学思维 理解焦耳定律并会用Q＝I2Rt计算电热，能够对纯电阻电路和非纯电阻电路进行电功与电热的计算，提高解题能力。 科学态度与责任 了解科学技术与社会环境的关系，体会电能的使用对人类生活和发展的影响，培养自觉保护环境的行为习惯。 一、电功和电功率 1．电功 (1)自由电荷在电场力的作用下定向运动而形成电流，电场力对自由电荷做的功，称为电功。 (2)公式：如果电路两端的电压是U，电流为I，在时间t内电流做的功W＝UIt。 2．电功率 (1)定义：单位时间内电流所做的功就叫作电功率。 (2)用公式表示为：P＝＝UI，单位：瓦特(W)。 二、焦耳定律 1．内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比。 2．公式：Q＝I2Rt。 3．单位：焦耳，简称焦，符号J。 三、身边的电热 1．电流热效应的应用 如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的热效应工作的。 学生用书第70页 2．电流热效应的危害 如果插头和插座之间、电线连接处接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热，降低电能的传输效率，电流过大，散热不好，还会烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。 1．判断正误 (1)千瓦时(kW·h)是电功的常用单位。1 kW·h＝3.6×106 J。(　　) (2)电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能。(　　) (3)电功率越大，电流做功一定越快。(　　) (4)任何电路都有W＝Q，即UIt＝I2Rt。(　　) (5)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　 2．链接实景 现代生活中随处都可以见到各种用电器，如电灯、电风扇等。那么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。 知识点一　电功和电功率　电热和热功率 1．如图所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？ 提示：由电流的定义式可得通过某截面的电荷量为q＝It，根据静电力做功的公式W＝qU可得W＝UIt。 2．千瓦时是电功的单位还是电功率的单位？电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功？ 提示：千瓦时是电功的单位；电能表是测量电路中消耗的电能。 学生用书第71页 1．对电功的理解 (1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。 (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。 2．对电功率的理解 (1)电功率P＝＝UI对任何电路都适用。 (2)额定功率和实际功率 ①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。 ②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。 3．电热和热功率 (1)电热的计算公式为Q＝I2Rt。 (2)热功率的计算公式为P热＝I2R。 (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 答案：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＝UI，I＝，焦耳热Q＝2Rt，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＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝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。 几个电学公式的适用范围 解答电流做功和电功率类的题目需掌握以下几个重要公式，并理清它们的意义及适用条件。 1．电功W＝UIt＝qU和P＝＝UI普遍适用； 2．I＝为电流的定义式，普遍适用； 3．I＝只适用于纯电阻电路。　　 针对练1．(多选)用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，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 s B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s 答案：BD 解析：由公式Q＝t，煮沸一壶水所需的热量为Q＝t J。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 s，故A项错误，B项正确；当电压变为原来的时，时间要变为原来的16倍，即16t s，故C项错误，D项正确。 针对练2．(多选)下列关于电功和电功率的说法中，正确的是(　　 ) A．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关 B．电功是电能转化为其他形式能的量度 C．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率 D．电功率越小，则电流做功越少 答案：BC 解析：用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和实际电压无关，故A项错误，C项正确；功是能量转化的量度，电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量，所以B项正确；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D项错误。 知识点二　纯电阻电路和非纯电阻电路 如图所示，电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V　12 W”，电动机线圈的电阻RM＝0.50 Ω。 (1)灯泡L上流过的电流是否可以用IL＝求解？为什么？ (2)若灯泡恰好正常发光，则电动机消耗的功率和发热功率各多大？ 提示：(1)不可以，因为有电动机工作的电路不是纯电阻的电路。 (2)P＝IMUM＝(U－UL)＝12 W，P热＝RM＝2·RM＝2 W。 学生用书第72页 1．纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能。 2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转化情况 电功和电热的关系 W＝Q即UIt＝I2Rt＝t W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他 电功率和热功率的关系 P＝P热，即UI＝I2R＝ P＝P热＋P其他 即UI＝I2R＋P其他 欧姆定律是否成立 U＝IR，I＝成立 U>IR，I<不成立 (多选)甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法正确的是(　　 ) A．甲灯的实际功率一定总是40 W B．将乙灯接入110 V电路中，它的额定功率仍为60 W C．两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较大 D．两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少 答案：BCD 解析：灯泡的铭牌上标记的是额定电压和额定功率，当工作电压不是220 V时，灯泡的实际功率不再是额定功率，但额定功率不会随电压的变化而变化，A错误，B、D正确；由R＝可知，C正确。 小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。 电动机的电压/V 电动机工作状态 通过电动机的电流/A 0.2 不转动 0.4 2.0 正常转动 1.0 (1)这只电动机线圈的电阻为多少？ (2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？ (3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？ (4)该玩具电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率是多少？ 思路点拨： 答案：(1)0.5 Ω　(2)1.5 W　(3)120 J　(4)75% 解析：(1)电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得 R＝ Ω＝0.5 Ω。 (2)当电动机正常工作时 P机＝UI－I2R＝(2×1－12×0.5) W＝1.5 W。 (3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能E＝UIt＝2×1×60 J＝120 J。 (4)电能转化为机械能的效率 η＝×100%＝×100%＝75%。 针对练1．标有“220 V　40 W”的日光灯、电扇、电烙铁都正常工作5 min，它们产生的热量(　　 ) A．一样多 B．日光灯最多 C．电扇最多 D．电烙铁最多 答案：D 解析：日光灯、电扇、电烙铁三者的电功相同，但电扇和日光灯都是非纯电阻电器，电功大于电热，而电烙铁是纯电阻电器，电功等于电热，D正确。 学生用书第73页 针对练2．(多选)在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是(　　 ) A．电动机的内电阻为2 Ω B．电动机的内电阻为7.5 Ω C．电动机的输出功率为30 W D．电动机的输出功率为22 W 答案：AD 解析：当电动机不转动时，电动机消耗的电功率等于热功率，电压表与电流表示数的比值就是电动机的电阻，即R＝＝2 Ω，选项A正确，B错误；当电动机正常工作时，电动机的输出功率为P出＝U′I′－I′2R＝22 W，选项C错误，D正确。 1．电功率的表达式有三个，P＝UI、P＝I2R、P＝，下列对这三个表达式的认识正确的是(　　 ) A．P＝UI适合于纯电阻电路电功率的计算，对于非纯电阻电路不适用 B．P＝I2R适合于一切电路的热功率的计算 C．P＝适合于一切电路电功率和热功率的计算 D．三个公式各自的适用条件与电路的连接方式有关 答案：B 解析：电路可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，P＝UI对两种电路都适用，A错误；P＝I2R适用于任何电路的热功率的计算，B正确；P＝只适用于纯电阻电路的电功率和热功率的计算，C错误；P＝UI、P＝I2R、P＝的适用条件与电路的连接方式无关，D错误。 2．如图所示是饮水机的工作电路简化图，S是温控开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R0是饮水机加热管电阻，R是与加热管串联的电阻。表格是从其说明书中摘录的一些技术数据。不考虑R0、R的电阻受温度变化的影响，表中的功率均指加热管的功率。当S闭合时，饮水机的工作状态和R0的阻值是(　　 ) 稳定电压 220 V 频率 50 Hz 加热功率 550 W 保温功率 22 W A．加热，88 Ω B．加热，220 Ω C．保温，88 Ω D．保温，220 Ω 答案：A 解析：由电功率公式P＝I2R和I＝可知，电压不变的条件下，电阻越小电流越大，功率越大。电源电压不变，当S闭合时，只有R0接入在电源上，电路中的电阻变小，总功率变大，因而开关S闭合时是加热状态。利用公式R＝，知R0＝ Ω＝88 Ω，A正确。 3．手机长时间充电容易引发安全事故，许多学校为了安全和规范管理，禁止学生将手机带入校园，更不允许学生夜间在教室对手机进行充电。如图所示为某款充电器对手机进行充电的示意图，充电器的输出电压为5.0 V，手机锂电池的内阻r＝0.1 Ω。若充电过程手机处于关机状态，充电器的输出功率为5.0 W，则关于充电过程，下列说法正确的是(　　) A．充电器的输出电流为50.0 A B．充电器的输出电流为1.0 A C．手机锂电池的发热功率为1.0 W D．电能转化为化学能的功率为5.0 W 答案：B 解析：输出电流为I＝ A＝1.0 A，故A错误，B正确；手机锂电池的发热功率为Pr＝I2r＝12×0.1 W＝0.1 W，故C错误；充电过程电能转化为化学能的功率P′＝P－Pr＝5.0 W－0.1 W＝4.9 W，故D错误。故选B。 4．一只规格为“220 V　2 000 W”的电炉，它正常工作时的电阻是多少？若电网电压为200 V，则电炉工作时的实际功率是多少？在220 V电压下，如果平均每天使用电炉2 h，求此电炉一个月(按30天计算)要消耗多少度电？ 答案：24.2 Ω　1 653 W　120度 解析：设电炉的电阻为R，由P＝得 R＝ Ω＝24.2 Ω 当电压为U′＝200 V时，电炉的实际功率为 P′＝ W＝1 653 W 在220 V的电压下，该电炉一个月消耗的电能为 W＝Pt＝2×2×30 kW·h＝120 kW·h。 学科网（北京）股份有限公司 $