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

第3节　电功与电热(赋能课精细培优科学思维) 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。 　　　　　　　　　　　　 一、电功和电功率 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 　　[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? 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　　　。  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　　　　。  [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? (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? 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　　　。  [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? 强化点(一)　对电功与电功率的理解　　　　　　　　　　　　　　 任务驱动 　 　　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? [要点释解明] 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。 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 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。  强化点(二)　电功与电热的关系 　　　　　　　　　　　　　 [要点释解明] 1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 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 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< 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。 答题区(面答面评，拍照上传，现场纠错品优) 　　[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) 　　[思维建模] 电动机电路的分析与计算 [题点全练清] 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 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 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； (2)电动机的输入功率和转化为机械能的功率； (3)若电动机被卡住不转了，电动机消耗的功率又是多少? 第3节　电功与电热 课前预知教材 一、电流　UIt　W　电能 [情境思考] 　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、1.电流　电阻　正比　2.I2Rt　4.碰撞　发热 5.(1)相等　(2)不相等 [情境思考] 　提示：(1)纯电阻电路。 (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、1.较大　2.电流　热量　3.发热　4.散热 [情境思考] 　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 强化点(一) 　 [任务驱动]　提示：电烧水壶在相同时间内消耗电能多，对应电功率大。 [题点全练清] 1.选C　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.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。 答案：0　0.75 强化点(二) 　 [典例]　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。 答案：22.0 W　2 Ω [变式拓展]　提示：P输出=mgv，则m==2.2 kg。 [题点全练清] 1.选D　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.选B　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.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)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。 答案：(1)24 W　(2)16 W　12 W　(3)16 W 7 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $