第3章 第3节 电功与电热（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦电功、电功率及焦耳定律，通过电鳐电击、电炉子发热等生活情境导入，搭建从概念理解到纯电阻与非纯电阻电路分析的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于以情境驱动和分层达标设计，结合电动机功率计算等实例，培养科学思维与科学探究能力。通过思维建模深化电路分析，助力学生联系实际，教师可利用分层练习提升教学效率。

电功与电热 (赋能课——精细培优科学思维) 第 3节 课标要求 层级达标 1.理解电功、电功率及焦耳定律。 2.能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 学考 层级 1.初步形成电功与电热的概念。 2.通过对焦耳定律内容的理解，可以在熟悉的情境中分析解决问题。 选考 层级 1.通过对电功与电功率、电热与热功率的综合分析，可以解释生活中的实际问题。 2.通过生活实例，能将电气设备耗能问题中的对象和过程转化成电功与电热问题。 3.通过分析生活中的用电现象，提出可探究的电功与电热问题。 课前预知教材 课堂精析重难 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 课前预知教材   电功 电功率 概念 电场力对定向移动的自由电荷所做的功 单位时间内_____所做的功 公式 W=qU=_____ P==UI 单位 焦耳，符号为J 瓦特，简称瓦，符号为____ 物理意义 描述______转化为其他形式的能的多少 描述电流做功的快慢 一、电功和电功率 W 电流 UIt 电能 [微点拨] W=UIt，在科学研究中称为静电力做功，在生产生活中称为电流做功，简称电功。 [情境思考] 如图所示，一段电路两端的电压为U，电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，形成电流I。则在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少?在这个过程中，静电力做了多少功? 提示：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量为q=It，在这个过程中，静电力做功为W=UIt。 二、焦耳定律 1.内容：电流通过导体产生的热量与______的二次方成正比，与导体的______及通电时间成_____。 2.公式：Q=_____。 3.单位：焦耳，简称焦，符号为J。 4.微观解释：当导体内的电子在电场力作用下做定向运动时，会与金属离子不断_____，在碰撞过程中把一部分动能传递给离子，使离子的热运动加剧，导致导体_____。 电流 电阻 正比 I2Rt 碰撞 发热 5.纯电阻电路和非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电路中只含电阻，电流所做的电功与产生的热量______。 (2)非纯电阻电路：电路中还含有电动机等其他转换能量的装置，电流所做的电功与产生的热量_______。 相等 不相等 [情境思考] 如图所示，是一种过去常用的电炉子。 (1)该用电器电路是纯电阻电路，还是非纯电阻电路? 提示：(1)纯电阻电路。 (2)电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线几乎不发热? 提示：(2)电炉丝电阻较大，通电时间相同，电炉丝产生的热量较多。 三、身边的电热 1.电水壶、电饭锅等家用电器都利用了电流的热效应，它们的电阻丝都由电阻率______的材料制成。 2.电阻焊就是在被焊接的金属接触面上通过_____，利用接触电阻产生的_____得到适合焊接的高温，对接触面进行焊接的。 3.插头和插座之间、电线连接处如果接触不良，都会产生大电阻，容易_____，甚至迸出火花。 4.电视机和计算机显示器的后盖有很多孔，计算机的中央处理器上要安装散热片及风扇，都是为了_____。 较大 电流 热量 发热 散热 [情境思考] 电吹风工作时，将电能转化为什么能?电风扇工作时，将电能转化为什么能?电熨斗工作时，将电能转化为什么能? 提示：电吹风和电风扇都有电动机，它们将电能转化为内能和机械能，电熨斗工作时将电能转化为内能。 课堂精析重难 任务驱动 强化点(一)　对电功与电功率的理解 当家中只开一盏节能灯时，电能表的表盘转得很慢，而用电烧水壶烧水时，电能表的表盘转得很快。 那么节能灯和电烧水壶在相同时间内，哪个用电器消耗电能多?哪个用电器的电功率大? 提示：电烧水壶在相同时间内消耗电能多，对应电功率大。 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，电功的大小度量了电能的减少量，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。 要点释解明 2.对电功率的分析 (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.对电功、电功率的三点说明 (1)电功W=UIt适用于任何电路。 (2)在纯电阻电路中，由于I=，所以电功可表示为W=UIt=I2Rt=t。 (3)P=UI适用于任何电路，在纯电阻电路中P=UI=I2R=。 题点全练清 1.一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物，一般来说，在一次电击中它不必移动，就能引起0.20 kV电势差，以18 A的电流传送电荷，持续时间为1.5 ms，则在这次电击中 (　 ) A.传输的电荷量为18 C B.电鱼能将机械能转化为电能 C.电鱼的电器官功率为3.6 kW D.电鱼的电器官所做的功为3 600 J √ 解析：在这次电击中，传输的电荷量为q=It=18×1.5×10-3 C=2.7×10-2 C，A错误；电鱼能将生物化学能转化为电能，B错误；通过电鱼的电器官的电流为18 A，电鱼的电器官功率为P=UI=0.2×103×18 W=3.6×103 W=3.6 kW，C正确；电鱼的电器官所做的功为W=Pt=3.6×103×1.5×10-3 J=5.4 J，D错误。 2.(2024·四川1月学考)如图所示是手电筒的电路图，小灯泡的额定电压是 2.5 V，额定电流是0.3 A。开关断开时，小灯泡两端的电压是____V；开关闭合时，小灯泡正常发光的功率是______W。  答案： 0　0.75　 解析：开关断开时，小灯泡右端与电源断开，两端的电压是0； 小灯泡正常发光的功率是P=UI=2.5×0.3 W=0.75 W。 1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 强化点(二)　电功与电热的关系 要点释解明 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 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器 电流、电压、电阻三者的关系 遵循欧姆定律I= 不遵循欧姆定律，由W=UIt=I2Rt+W其他知U>IR或I< 续表 能量转化形式 电流做功全部转化为内能：W=Q=UIt=I2Rt=t 电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功W=UIt，电热Q=I2Rt，W=Q+W其他 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电解槽、电风扇 2.对纯电阻电路和非纯电阻电路的三点说明 (1)电能全部转化成电热为纯电阻电路，电能转化成电热和其他形式的能为非纯电阻电路。 (2)非纯电阻电路只能用Q=I2Rt计算电热，电功W=UIt大于Q。 (3)对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转时是纯电阻电路。 3.电动机的功率和效率 (1)输入功率：电动机的总功率。由电动机电路的电流和电压决定，计算公式：P总=UI。 (2)输出功率：电动机做有用功的功率。 (3)热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P热=I2r。 (4)功率关系：P总=P出+P热。 (5)电动机的效率：η=。 [典例]　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；重新调节滑动变阻器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。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。 [答案]　22.0 W　2 Ω [解析]　当电动机停止转动时，电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V，电动机中只有线圈的电阻消耗电能，其阻值r== Ω=2 Ω 当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V， 则电动机的总功率 P总=U2I2=15.0×2.0 W=30.0 W 线圈电阻的热功率 P热=r=2.02×2 W=8.0 W 所以电动机的输出功率 P输出=P总-P热=30.0 W-8.0 W=22.0 W。 [变式拓展]　上述[典例]中，若电动机以v=1 m/s 的速度匀速竖直向上提升重物，该重物的质量为多少?(g=10 m/s2) 提示：P输出=mgv，则m==2.2 kg。 [思维建模] 电动机电路的分析与计算 1.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=I2Rt= t，对任何电路都适用 C.U=IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用 D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路 题点全练清 √ 解析：由电功率公式P=知，电功率越大，表示电流做功越快，对于一段电路，有P=UI，则焦耳热Q=Rt，可见Q与P、t都有关，所以，P越大，Q不一定越大，选项A错误；W=UIt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，选项B错误；U=IR只能用于纯电阻电路中，非纯电阻电路不适用，选项C错误；Q=I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中，选项D正确。 2.服务型机器人无处不在，彰显着技术的魅力。如图所示，一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在输出电压为U的直流电源上，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是 (　　) A.电动机消耗的热功率为UI B.电动机的输出功率为UI-I2R C.流过电动机的电流为 D.电动机的输入功率为I2R √ 解析：电动机正常工作，消耗的热功率P=I2R，A错误；电动机的输出功率P出=UI-I2R，B正确；电动机所在的电路不是纯电阻电路，则流过电动机的电流I≠，C错误；电动机的输入功率P电=IU>I2R，D错误。 3.如图所示的电路中，电源电压U=12 V，电动机的电阻R0=1.0 Ω，电阻R1=2.0 Ω。电动机正常工作时，理想电压表的示数U1=4.0 V，求： (1)电源的功率； 答案：(1)24 W　 解析：(1)由欧姆定律可得， 通过电阻R1的电流为I== A=2 A 电源的功率为P=UI=12×2 W=24 W。 (2)电动机的输入功率和转化为机械能的功率； 答案：(2)16 W　12 W　 解析：(2)电动机的电压为U电=U-U1=12 V-4.0 V=8.0 V 电动机的输入功率P电=U电I=8.0×2 W=16 W 电动机转化为机械能的功率为 P机=P电-I2R0=16 W-22×1.0 W=12 W。 (3)若电动机被卡住不转了，电动机消耗的功率又是多少? 答案：(3)16 W 解析：(3)当电动机被卡住不转时，电动机可看成纯电阻用电器，则电路中的电流为 I'== A=4 A 电动机消耗的功率为P消=I'2R0=42×1.0 W=16 W。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1.如图是电解硫酸铜溶液的装置示意图，图中电压表示数为U，电流表示数为I，通电时间为t，则下列说法正确的是 (　　) A.CuSO4溶液中的阳离子向铜板定向移动 B.IU是电能转化成化学能的功率 C.IUt是这段时间内电路消耗的总电能 D.IUt是这段时间内产生的总焦耳热 √ 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 解析：由于铜板接电源的正极，因此CuSO4溶液中的阴离子向铜板定向移动，A错误；该电路是非纯电阻电路，IU是消耗电能的总功率，其中有一部分转化为化学能，还有一部分产生焦耳热，因此，IUt是这段时间内电路消耗的总电能，而I2rt是这段时间内产生的总焦耳热(式中r表示电路的电阻)，其余的才转化为化学能，B、D错误，C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 2.如图所示，由同种材料制成的、长度相同的两段导体A、B，已知横截面积SA>SB，给A、B中通以大小相等的稳恒电流时，电荷定向移动速率分别为vA、vB，两端电压分别为UA、UB，电功率分别为PA、PB，相同时间内产生的热量分别为QA、QB，不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是 (　　) A.vA=vB B.UA=UB C.PA>PB D.QA<QB √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：根据电阻定律 R=ρ，由于两段导体A、B的材料相同，长度相同，横截面积SA>SB，则有RA<RB；由题意可知IA=IB，根据I=nqSv，U=IR，P=I2R，Q=I2Rt，可知vA<vB，UA<UB，PA<PB，QA<QB，故选D。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 3.如图为甲、乙两种电学元件的I-U 图像，交点处的坐标为(U1，I1)。现在两元件两端分别加电压U1时，甲、乙元件的阻值分别为R甲、R乙，电功率分别为P甲、P乙，则 (　　) A.R甲>R乙，P甲>P乙 B.R甲<R乙，P甲<P乙 C.R甲=R乙，P甲<P乙 D.R甲=R乙，P甲=P乙 √ 解析：根据R=，P=UI，可知R甲=R乙，P甲=P乙，故选D。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 4.某品牌充电宝的参数如下表所示。下列说法正确的是 (　　) 产品净重 600 g 电芯类型 锂聚合物电池 电池容量 50 000 mA·h 输入电压 12 V 输出电压 12 V 输出快充功率 66 W 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 A.电池容量中的“mA·h”是能量的单位 B.电池容量中的“mA·h”是电容的单位 C.该充电宝能输出的电能最多为2.16×106 J D.该充电宝以快充功率可以持续供电约900小时 √ 解析：电池容量中的“mA·h”是电荷量的单位，A、B错误；该充电宝能输出的电能最多为W=UIt=Uq=12×50 000×10-3×60×60 J=2.16×106 J，C正确；该充电宝以快充功率持续供电时的电流为I== A= A，所以可得持续供电时间为t'== h≈9 h，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5.某款新能源汽车，其电动机启动时电压与电功率分别为300 V、30 kW，则该电动机启动时电流为 (　　) A.10 A　　 B.100 A　　 C.1 000 A　　 D.10 000 A √ 解析：根据P=UI可得I== A=100 A，故选B。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 6.硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。某同学用一定强度的光照射硅光电池，测得该电池的U- I 曲线如图所示。若用该强度光照射硅光电池给20 Ω 的电阻供电，则电源的输出功率约为 (　　) A.0.11 W B.0.14 W C.0.22 W D.0.27 W √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：在电池的U- I图线中画出电阻的U- I图线，两图线的交点即为电阻在该电池的工作点，如图所示。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 7.(双选)已知在相等亮度下，白炽灯消耗的电能是荧光灯的5倍，是LED灯的15倍。在额定电压220 V下工作的白炽灯、荧光灯和LED灯，如果要求荧光灯和LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同，则 (　　) A.可选用 W的LED灯 B.通过LED灯的电流为 A C.在60 s内通过LED灯的电荷量为 C D.电流对荧光灯做的功是白炽灯的5倍 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：由题意可得，白炽灯的额定功率是LED灯额定功率的15倍，则P白=15PLED，所以要使LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同，则可选用LED灯的功率为PLED=×100 W= W，A正确；由公式P=UI，得通过LED灯的电流为ILED== A= A，B错误；在60 s内通过LED灯的电荷量为Q=ILEDt=×60 C= C，C正确；由题意可得，白炽灯的额定功率是荧光灯额定功率的5倍，则P荧=P白，由电流做功公式W=Pt，可得，电流对荧光灯做的功是白炽灯的，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 8.(双选)如图所示是电饭锅电路原理示意图，S是感温材料制造的开关，能使电饭锅在锅内水烧干后从加热状态自动转为保温状态，下列说法中正确的是 (　　) A.R1是供加热用的电阻丝 B.R2是供加热用的电阻丝 C.当开关S断开时电饭锅为加热状态 D.当开关S闭合时电饭锅为加热状态 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：根据功率的公式P=可知，当电压一定时，用电器的电功率跟电阻成反比，当题图中开关S断开时，R1、R2串联接入电路，阻值较大，功率较小，故此时为保温状态；当开关S闭合时，只有R2接入电路，此时阻值较小，功率较大，故此时为加热状态，R2为加热用的电阻丝。故选B、D。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 9.智能感应式矫正器能提醒不良姿势，起到矫正的作用。如图是某矫正器的铭牌信息，已知当剩余电池容量为总容量的20%时，智能感应式矫正器将停止工作。若该智能感应式矫正器工作时一直处于额定工作状态，使用前电池容量为零，则下列说法正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 A.理论上该矫正器充满电可以连续工作约4.6小时 B.第一次充满电的时间和可正常工作时间之比约为 C.电池容量的单位mAh是能量单位 D.该矫正器充满电所储存的能量约为6.7×103 J √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：额定工作状态时的电流为I== A= A，理论上该矫正器充满电可以连续工作的时间为t== h=3.7 h，A错误；第一次充满电的时间t'== h=2.5 h，第一次充满电的时间和可正常工作时间之比为==，B错误；电池容量的单位mAh是电荷量单位，C错误；该矫正器充满电所储存的能量为E=UIt=3.7×500×10-3×3 600 J≈6.7×103 J，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 10.(12分)电动机也称电机(俗称马达)，在电路中用字母“M”表明。它的首要作用是产生驱动力，作为用电器设备和机械设备的动力源。电动机分类方法很多，依据电动机工作时所需的电源不同，可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机能将直流电能转换成机械能。已知一台直流电动机的额定工作电压U=110 V，正常工作时电流I=10 A，若该电动机在1 min内把一个质量m=50 kg的物体匀速竖直向上提升H=105.6 m，不计摩擦及空气阻力，取重力加速度g=10 m/s2。求： 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 答案：(1)2.2 Ω (1)电动机内线圈的电阻r；(6分) 解析： (1)电动机的机械功率为 P机=mgv=50×10× W=880 W， 对电动机有UI=P机+I2r，解得r=2.2 Ω。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 答案：(2)80% (2)电动机的工作效率η。(6分) 解析：(2)电动机的工作效率η=×100%=×100%=80%。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 11.(14分)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。 (1)求这台电动机的内阻；(4分) 答案： (1)0.5 Ω　 解析： (1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机的内阻r== Ω=0.5 Ω。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (2)求电动机正常工作时的输出功率；(5分) 答案： (2)1.5 W　 解析： (2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路， 消耗的总功率P总=UI=2×1 W=2 W 线圈内阻的热功率P热=I2r=12×0.5 W=0.5 W 则电动机正常工作时的输出功率 P出=P总-P热=2 W-0.5 W=1.5 W。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大?(5分) 答案：(3)8 W 解析：(3)电动机的转子突然被卡住，此时电路为纯电阻电路，发热功率P== W=8 W。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $