第12章 第1节 电路中的能量转化（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版 江苏专用）

该高中物理课件聚焦电路中的能量转化，系统讲解电功、电功率及焦耳定律，通过情境思考（如家电能量转化）和任务驱动（如电能表转动对比）导入，衔接恒定电流、欧姆定律等前序知识，搭建从概念理解到实际应用的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过“强化点”解析（如纯电阻与非纯电阻电路对比）、典例分析（如电动机提升重物功率计算）培养模型建构与科学推理能力，结合“题点全练清”实现学考、选考分层达标。学生能深化能量观念，教师可依托分层资源提升教学针对性。

　第十二章　电能　能量守恒定律 第1节　电路中的能量转化(赋能课精细培优科学思维) 课标要求 层级达标 理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。 学考 层级 1.理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。 2.理解焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的相关现象。 选考 层级 能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，理解电功和电热的区别与联系。 一、电功和电功率 1.电流做功的物理意义：电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。 2.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。 3.静电力做的功：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。即W=UIt。 4.电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。 (2)定义式：P=。 (3)电功率表达式：P=UI。 (4)单位：电功的单位是焦耳(J)，电功率的单位是瓦特(W)。 [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，简称为电功。 [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　电路中的能量转化 1.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。即Q=I2Rt。 2.发热的功率：电流通过导体发热的功率P热=I2R。 3.电路中的能量转化 (1)电动机工作时能量转化关系：从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。 (2)功率关系：P电=P机+P损。 (3)电池充电时能量转化关系：电能转化为化学能和内能。 [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，工作时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。 强化点(一)　对电功、电热的理解 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? 提示：在相同时间内电烧水壶消耗电能多，电功率大。 [要点释解明] 1.电功与电功率 电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。静电力对自由电荷做功的过程，就是电荷的电势能转化为其他形式的能的过程。 (1)电功的计算公式：W=UIt=Pt。 (2)电功的单位：在国际单位制中电功的单位是焦耳，常用单位还有“度”，1度=1千瓦时=3.6×106焦耳。 (3)额定功率与实际功率： ①额定功率：用电器在额定电压下工作的功率。 ②实际功率：用电器在实际电压下工作的功率。 ③为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率。 2.焦耳定律 (1)推导：设导体的电阻为R，通过的电流为I，由欧姆定律可知，导体两端的电压U=IR，又因为Q=W=UIt，可得Q=I2Rt。 (2)注意：焦耳定律是实验规律，这里的推导过程只是为了方便大家理解。在推导过程中用到Q=W，即电热等于电功，但其实在非纯电阻电路中，焦耳定律依然成立。 [题点全练清] 1.(2025·南通月考)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，电流做功一定越多 B.W=UIt适用于任何电路 C.在纯电阻电路中，UI>I2R D.Q=I2Rt只适用于纯电阻电路 解析：选B　电功率越大，电流做功越快，根据W=Pt，可知W由P和t共同决定，故A错误；电功的定义式W=UIt适用于任何电路，故B正确；在纯电阻电路中，电流做功全部转化为内能，则UI=I2R，故C错误；焦耳定律Q=I2Rt适用于各种电路，故D错误。 2.一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 的电势差，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：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；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。 强化点(二)　纯电阻电路和非纯电阻电路 [要点释解明] 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等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还有一部分转化为机械能或化学能等其他形式的能。 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 举例 白炽灯、电炉、 电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽 能量转化情况 电功和电热的关系 W=Q，即UIt=I2Rt W=Q+E其他 即UIt=I2Rt+E其他 电功率和热功率的关系 P电=P热， 即UI=I2R P电=P热+P其他 即UI=I2R+P其他 欧姆定律是否成立 成立 U=IR，I= 不成立 U>IR，I< 说明 W=UIt、P电=UI适用于任何电路计算电功和电功率 Q=I2Rt、P热=I2R适用于任何电路计算电热和热功率 只有纯电阻电路满足W=Q，P电=P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热 3.电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入=UI。 (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热=I2r。 (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出=UI-I2r。 (4)电动机的效率：η=×100%=×100%。 　　[典例]　(2025·张家港期中检测)如图所示为直流电动机提升重物的装置，电动机的内阻一定，闭合开关K，当把它接入电压为U1=0.2 V的电路时，电动机不转，测得此时流过电动机的电流是I1=0.5 A；当把电动机接入电压为U2=4.0 V的电路中，电动机正常工作且电动机匀速提升重物，工作电流是I2=1.0 A，求： (1)电动机线圈的电阻r； (2)当U2=4.0 V，电动机正常工作时的输出功率； (3)如果重物质量m=1.0 kg，当U2=4.0 V时电动机提升重物的速度大小是多少?(g取10 m/s2) [解析]　(1)电动机不转时，电动机为纯电阻元件，则由欧姆定律得r==0.4 Ω。 (2)电动机正常工作时消耗的功率为 P=U2I2=4.0×1.0 W=4.0 W 电动机正常工作时线圈电阻损耗的功率为 P热=r=0.4 W 电动机正常工作时输出功率为 P出=P-P热=3.6 W。 (3)电动机匀速提升重物时，重物受力平衡，由平衡条件有F=mg=10 N 电动机的输出功率P出=Fv 解得电动机提升重物的速度为v==0.36 m/s。 [答案]　(1)0.4 Ω　(2)3.6 W　(3)0.36 m/s [思维建模] 电动机电路的分析与计算 [题点全练清] 1.(2025·江阴月考)一只电炉的电阻丝和一台电动机的线圈电阻均为R，串联接在电路中(电动机正常运转)，则以下说法错误的是 (　　) A.电炉和电动机两端的电压相等 B.电动机的电功率大于电炉的电功率 C.在相同的时间内电炉和电动机产生的电热相等 D.电炉两端电压与通过的电流的比值小于电动机两端电压与通过的电流的比值 解析：选A　电炉和电动机的电阻相同，串联电路中电流相同，根据焦耳定律Q=I2Rt，可知在相同的时间内电炉和电动机产生的电热相等，故C不符合题意；电动机消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为机械能，电炉消耗的电能全部转化为内能，而相同时间内它们产生的热量相等，则在相同的时间内，电动机消耗的电能大于电炉消耗的电能，电动机的电功率大于电炉的电功率，故B不符合题意；通过电动机和电炉的电流相等，电动机的功率大于电炉的功率，根据P=UI，可知电动机两端的电压大于电炉两端的电压，电炉两端电压与通过的电流的比值小于电动机两端电压与通过的电流的比值，故A符合题意，D不符合题意。 2.在如图所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L标有“3 V　6 W”字样，电动机线圈的电阻RM=0.5 Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是 (　　) A.电动机的输入电压为8 V B.流过电动机的电流为10 A C.电动机的效率为80% D.整个电路消耗的电功率为10 W 解析：选C　电动机两端的电压U1=U-UL=8 V-3 V=5 V，故A错误；整个电路中的电流I== A=2 A，所以电动机消耗的电功率P电=U1I=5×2 W=10 W，电动机的发热功率P热=I2RM=22×0.5 W=2 W，则电动机的输出功率P出=P电-P热=10 W-2 W=8 W，电动机的效率η=×100%=×100%=80%，故B错误，C正确；整个电路消耗的电功率P总=UI=8×2 W=16 W，故D错误。 强化点(三)　串、并联电路中的电功率 [要点释解明] 1.串联电路功率关系 (1)各部分电路电流I相同，根据P=I2R，各电阻的电功率与电阻成正比(纯电阻电路)。 (2)总功率P总=UI=(U1+U2+…+Un)I=P1+P2+…+Pn。 2.并联电路功率关系 (1)各支路电压相同，根据P=，各支路电阻的电功率与电阻成反比(纯电阻电路)。 (2)总功率P总=UI=U(I1+I2+…+In)=P1+P2+…+Pn。 3.结论 无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。 　　[典例]　有两只额定电压都是110伏的灯泡A和B，A的额定功率是100瓦，B的额定功率是40瓦，为了使它们接在220伏的电路中仍能正常发光，电路消耗的功率又最省，最合理的接法是 (　　) [解析]　 选项图A中，A直接接入220 V电路，超过了其额定电压，A无法正常发光，故A错误；既要使它们接在220伏的电路中仍能正常发光，电路消耗的功率又最省，可知灯泡A、B的功率皆为额定功率，且电路中额外接入的电阻箱功率最小，而IA== A，IB== A<IA，所以按照B、C选项的思路，则A必须在干路，B必须在支路，即对应选项C，此时通过电阻箱的电流大小为IR=IA-IB= A，又因为电阻箱两端电压为UR=UB=110 V，则电阻箱消耗的功率为PR=URIR=60 W；对于D选项电路图，通过电阻箱的电流为IR'=IA+IB= A，电阻箱两端电压为UR'=220 V-UB=110 V，则电阻箱消耗的功率为PR'=UR'IR'=140 W>PR，故B、D错误，C正确。 [答案]　C [思维建模] 求解功率的技巧 (1)在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式。若用电器电流相同时，用P=I2R比较；若电压相同时，用P=比较；若电阻相同时，可根据I或U的关系比较。 (2)求解串、并联电路中的功率分配问题时，用比例法会使问题简化，但一定要明确是正比还是反比关系。 (3)当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率。实际功率与额定功率不一定相等。 [题点全练清] 1.(2025·江苏南京期中)把小灯泡L1(6 V　6 W)和小灯泡L2(6 V　3 W)串联后接在电源电压为6 V的电路中(不考虑灯丝电阻的变化)，下列说法正确的是 (　　) A.因为通过它们的电流相等，所以两灯一样亮 B.因为灯L2实际功率较大，所以灯L2较亮 C.因为灯L1额定功率较大，所以灯L1较亮 D.因为灯L1实际功率较大，所以灯L1较亮 解析：选B　根据R=，可知灯L2的电阻大于灯L1的电阻，又因为通过它们的电流相等，根据P=I2R，可知灯L2实际功率较大，所以灯L2较亮，故选B。 2.如图所示，a、b两点间的电压为9 V，三个电阻的阻值分别为R1=R2=6 Ω、R3=3 Ω。下列说法正确的是 (　　) A.R1、R2、R3两端的电压之比为1∶1∶2 B.R1、R2、R3消耗的电功率之比为1∶1∶2 C.在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为2∶2∶1 D.在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1∶2∶2 解析：选B　电路中的总电阻为R总=R3+=6 Ω，电路中的总电流为I总==1.5 A，则R3两端电压为U3=I总R3=1.5×3 V=4.5 V，并联部分两端电压为U并=I总=4.5 V，所以R1、R2、R3两端的电压之比为1∶1∶1，故A错误；根据公式P=，可知R1、R2、R3消耗的电功率之比为1∶1∶2，故B正确；根据I=，可知通过R1、R2、R3的电流之比为1∶1∶2，又根据q=It，可知在相等的时间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为1∶1∶2，故C错误；根据Q=I2Rt，可知在相等的时间内，R1、R2、R3产生的焦耳热之比为1∶1∶2，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $