12.1 电路中的能量转化 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

许多用电器工作时都会发热，电流通过导体时，电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。那么电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关？我们来看两个实验，这是两个透明容器，橡胶软管的两端分别与容器和U型玻璃管紧密相连，其中密封有等量空气。两个容器中各装有一段电阻丝，当电流通过电阻丝时，产生的热量加热容器内的空气，空气膨胀会使U型管中液面的高度发生变化，电流产生的热量越多，U型管中液面高度的变化就越大。实验一，在两个密闭容器中分别装有一段五欧和10欧的电阻丝，将两段电阻丝串联后接到电源两端，闭合开关，此时通过两段电阻丝的电流相等，观察两个U型管中液面高度的变化。可以观察到在通电时间相同的情况下，十欧电阻丝对应的U型管中液面升高的更高。也就是说十欧电阻丝所在的密闭容器内空气的温度升高的更多，说明十欧电阻丝产生的热量更多。这个实验表明，在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大产生的热量越多。实验2，两个密闭容器中各有一段十欧的电阻丝，在右侧容器的外部将另一段十欧的电阻丝和容器内的电阻丝并联。如图连接电路闭合开关，此时通过两容器中电阻的电流不相等，观察两个U型管中液面高度的变化。可以观察到在通电时间相同的情况下，左侧容器对应的U型管中液面升高的更高。这表明在电阻相同通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量就越多。从实验中我们还可以观察到，通电时间越长，U型管中液面升高的越高，说明产生的热量越多。综合以上实验，我们可以总结出，电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、电流大小和通电时间有关。 Impulse-Momentum 学案1 电路中的能量转化 ·第十二章 电能 能量守恒定律 理解电功、电功率、焦耳定律、热功率的概念，知道它们的区别与联系。 01 重点 知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种电路的能量转化关系。 02 重难点 电能在导线、用电器中是怎样“变身”的？损耗的能量的去哪了？ 公司logo 公司logo 情境导入 01 电功和电功率 1.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。 电功 电能转化为其他形式的能 3.单位： 2.电功的计算公式： W=UIt 国际：焦耳 符号：J 常用：千瓦时/度 符号：kW·h 1 kW·h=3.6×106J 公司logo 公司logo 核心知识 1.定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比 电功率 3.单位：瓦特，符号：W 2.公式： P = = UI 4.额定功率：用电器在额定电压下正常工作时所消耗的功率 表示电流做功的快慢 此时流经用电器的电流就是它的额定电流 公司logo 公司logo 核心知识 (1)电功率越大，表示电流做功越多。(　　) (2)由公式P=可知，时间越短，功率越大。(　　) × × 辨析 1.(2024·上海交大附中浦东实验高中高二期中)已知电灯的亮暗取决于其两端的电压和通过的电流的乘积。如图，电灯L1、L2的电阻值均为3 Ω；电灯L3、L4的电阻值均为6 Ω。将A、B两端接入电源，四个灯均能发光，若不考虑温度对电阻的影响，最暗的灯是 A.L1 B.L2 C.L3 D.L4 √ 例题 L1与L4为串联关系，电流相等，根据P=I2R，且L1的电阻值小于L4的电阻值，则L1与L4的功率大小关系为P1<P4，L2与L3为并联关系，两端电压相等，根据P=，且L2的电阻值小于L3的电阻值，则L2与L3的功率大小关系为P2>P3，由于L1与L2电阻值相等，且通过L1的电流大于通过L2的电流，根据P=I2R，可知L1与L2的功率大小关系为P1>P2，则L1、L2、L3、L4的功率大小关系为P4>P1>P2>P3，则最暗的灯是L3。故选C。 02 焦耳定律 电流通过导体时产生的热量与这些因素有怎样的定量关系呢？ 公司logo 公司logo 观察与思考 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 焦耳定律 Q=I2Rt 2.热功率：单位时间内的发热量称为热功率 P热=I2R 公司logo 公司logo 核心知识 电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却不怎么热，为什么？ 电流通过导体时产生的热量 Q=I2Rt 在I、t相同时，R大的产生热量多 R烙铁头>R导线 Q烙铁头>Q导线 公司logo 公司logo 思考与讨论 2.(多选)(2024·江门市高二期中)电饭锅工作时两种状态：一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内水烧开后的保温状态，图示是电饭锅电路原理，S是用感温材料制成的开关。下列说法正确的是 A.其中R2是供加热用的电阻丝； B.当开关S断开时电饭锅为加热状态，S接通时为 保温状态； C.要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为2∶1； D.要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，应为(-1)∶1 √ √ 例题 根据P=，当接通开关S时，电阻变小，功率变大，处于加热状态，当断开开关S时，电阻变大，功率变小，处于保温状态，则R2是供加热用的电阻丝，接通开关S时，处于加热状态，断开开关S时，处于保温状态，故B错误，A正确； 要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，根据P=I2R可知，R2在保温状态时和加热状态时的电流值比=，根据I=可知=，解得=，故C错误，D正确。 03 电路中的能量转化 1.电动机工作：从电源获得能量，转化为机械能和内能 电动机、电池工作时的能量转化 ④效率：η=×100% 2.电池充电时：从电源获得能量，转化为电池的化学能和内能 ①总功率： P总=UI ②发热功率： P热=I2R ③输出功率/机械功率 P机=P总-P热=UI-I2R 公司logo 公司logo 核心知识 (1)电功W=UIt在任何电路中都适用，Q=I2Rt只在纯电阻电路中适用。 (　　) (2)电热Q=I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。 (　　) (3)任何电路中的电功W=UIt，电热Q=I2Rt，且W=Q。(　　) √ × × 辨析 3.(2024·徐州市高二月考)关于三个公式①P=UI；②P=I2R；③P=。 计算电动机有关功率时，公式选择正确的是 A.热功率可以用公式① B.热功率可以用公式② C.总功率可以用公式③ D.总功率可以用公式①②③ √ 例题 电动机为非纯电阻元件，热功率只能用公式②P=I2R，总功率只能用公式①P=UI。故选B。 4.(2025·南充市高二期中)在如图所示的电路中，输入电压U恒为10 V，灯泡L标有“6 V，12 W”字样，电动机线圈的电阻RM=1 Ω。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是 A.流过电动机的电流是4 A B.电动机的电功率是16 W C.电动机的输出功率是4 W D.电动机两端的电压是2 V √ 例题 灯泡恰能正常发光，则电路中的电流为I==2 A，由于电路串联，因此流过电动机的电流是2 A，故A错误； 灯泡正常发光时的电压等于其额定电压，故电动机的输入电压为UM=U-UL=4 V，电动机的热功率为P热=I2RM=4 W，电动机的电功率P总=UMI=8 W，所以电动机的输出功率为P出=4 W，故C正确，B、D错误。 纯电阻电路与非纯电阻电路 非纯电阻电路中包括电阻和用电器，如电动机、电解槽 M 把电能转化为其他形式的能 纯电阻电路中只有电阻元件 如：电阻、电炉丝、小灯泡 R 公司logo 公司logo 总结提升 纯电阻电路与非纯电阻电路 适用欧姆定律，I= W=Q=UIt=I2Rt=t P电=P热=UI=I2R= W=UIt，Q=I2Rt，W=Q+E其他 P电=UI，P热=I2R，P电=P热+P其他 不适用欧姆定律，I < 公司logo 公司logo 总结提升 电路中的 能量转化 电功和电功率 焦耳定律 电路中的 能量转化 电功： Q=I2Rt 热功率： P热=I2R 纯电阻电路： W=Q=UIt=I2Rt=t P电=P热 非纯电阻电路： W=Q+E其他 P电=P热+P其他 电功率： P = = UI 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.9.100 $