1.导学案 第十二章 电能 能量守恒定律 1.电路中的能量转化（课件PPT）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）配套课件

该高中物理课件围绕电能与能量守恒定律，系统讲解电功、电功率、焦耳定律及纯电阻与非纯电阻电路的能量转化，通过电能表转动、电动机工作等生活情境导入，以问题链引导学生从能量转化本质切入，搭建“情境—问题—新知”的学习支架，衔接初中电学基础与高中深化内容。 其亮点在于以物理观念建构为核心，通过辨析明理（如电功与电热区别判断）、典例精研（如光伏项目功率计算）培养科学思维，情境实践（太阳能汽车功率问题）强化科学探究。采用表格对比和“学后评价”自我诊断，帮助学生系统掌握知识，教师可通过分层训练提升教学针对性。

第十二章　电能　能量守恒定律 1.电路中的能量转化 01 课堂检测·自我诊断 学习任务一 学习任务二 学习任务三 内容概览 学习目标 学后评价 1.理解电功和电功率的概念,知道电流做功的实质。 优秀□　　良好□ 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。 优秀□　　良好□ 3.理解电功和电热的区别与联系,会分析非纯电阻电路中的能量转化。 优秀□　　良好□ 返回 学习任务一　电功和电功率 【情境引领】 如图所示为生活中的两种电器,当家中只开一盏节能灯时,电能表的表盘转得很慢,而烧水时,电能表的表盘却转得很快。 问题1.电能表测量的什么物理量? 提示:测量的是电功,即电路中消耗的电能。 问题2.电能表的表盘转动的快慢反映了什么? 提示:反映了用电器的功率大小。 返回 【新知导学】 1.电功 (1)电流做功的实质:导体中的恒定电场对自由电荷的_______在做功。 电能转化为其他形式的能,是通过_________来实现的。 (2)公式:W=____。 适用于任何电路,包括纯电阻电路和非纯电阻电路。 静电力 电流做功 UIt 返回 (3)单位:_____,符号为J。 常用的单位:千瓦时(kW·h),也称“___”,1 kW·h=________ J。 2.电功率 (1)定义:电流在一段电路中所做的功与通电_____之比。 (2)公式:P==___。 (3)单位:_____,符号为___。 (4)意义:表示电流做功的_____。 焦耳 度 3.6×106 时间 UI 瓦特 W 快慢 返回 3.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率。当实际电压达到额定电压时,实际功率等于额定功率。 (2)为了用电器不被烧毁,实际功率不能大于额定功率。 4.串、并联电路中的电功率 项目 串联电路 并联电路 特点 电流相同I1=I2 电压相同U1=U2 电功率计算公式 P=I2R P= 功率关系 = = 总功率 P=P1+P2+…+Pn P=P1+P2+…+Pn 返回 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)电流做功过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(　　) (2)电功率就是电能。(　　) (3)电功率越大,表示电流做功越多。(　　) (4)由公式P=可知,时间越短,功率越大。(　　) 提示:(1)√　(2)×　(3)×　(4)× 返回 2.一辆电动自行车的铭牌上给出了如表的技术参数: 由表可知,此车的电动机在额定电压下正常工作时消耗的电功率是多少? 提示:电动机在额定电压下正常工作时消耗的电功率P=UI=60×8 W= 480 W。 规格 后轮驱动直流永磁毂电机 最高时速 20 km 额定电压 60 V 续行里程 40 km 额定电流 8 A 返回 【典例精研】 角度1　电功、电功率的理解 [典例1]我国新一代车用电池能够提供更长的续航里程,其参数之一为 210 W·h/kg。其中单位“W·h”(瓦时)对应的物理量是(　　) A.能量　　　　　 B.位移 C.电流　　 D.电荷量 【解析】选A。根据电功W=Pt可知W·h是能量的单位。 √ 返回 【对点训练】 (2025·杭州高二检测)某中学安装了432块太阳能多晶硅电池板,每块电池板面积为2 m2,平均每天光照按10 h计算,利用这些电池板收集太阳能发电,光电转换效率约为16.5%,每小时发电总功率可达118 kW,工作电压为380 V,设备使用寿命在25年以上。发电总功率的30%供学校使用。下列说法正确的是(　　) A.该光伏项目年发电量约为4.3×105 kW·h B.若该校仅用太阳能供电,则该校一年用电量约为4.6×1010 J C.该光伏项目的工作总电流约为0.3 A D.每块电池板每天吸收的太阳辐射能量约为1.7 kW·h √ 返回 【解析】选A。由题意知,该光伏项目年发电量约为E=Pt=118×365×10 kW·h ≈4.3×105 kW·h,A正确;若该校仅用太阳能供电,则该校一年用电量约为E学校=E×30%≈4.6×1011 J,B错误;该光伏项目的工作总电流约为I=≈310.5 A,C错误;每块电池板每天吸收的太阳辐射能量约为E0=≈ 2.7 kW·h,D错误。 返回 角度2　串、并联电路的电功、电功率的计算 [典例2](2025·广州高二检测)电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一个开关并联,然后再接到家庭电路上,原理示意图如图所示,电烙铁和灯泡均可视为阻值不变的纯电阻,下列说法正确的是(　　) A.开关接通时,灯泡发光 B.电烙铁在开关接通时的功率大于在开关断开时的功率 C.开关断开时,电路消耗的总功率增大 D.开关断开时,电烙铁和灯泡的功率之比等于它们阻值的反比 √ 返回 【解析】选B。开关接通时,灯泡发生短路,灯泡熄灭,电路中电阻减小,电流增大,根据P=UI可知,电路消耗的功率增大,电烙铁的功率也增大,则电烙铁在开关接通时的功率大于在开关断开时的功率,开关断开时,电路消耗的总功率减小,选项B正确,选项A、C错误;开关断开时,根据P=I2R可知,电烙铁和灯泡的功率之比等于它们的阻值之比,选项D错误。 返回 【对点训练】 四个定值电阻连成如图所示的电路。RA、RC的规格为“10 V　4 W”,RB、RD的规格为“10 V　2 W”。按消耗功率大小排列这四个定值电阻,下列选项正确的是(　　) A.PA=PC<PB=PD B.PB>PC>PA>PD C.PD>PA>PC>PB D.PA=PC>PB=PD √ 返回 【解析】选C。根据R=可知RA=RC<RB=RD,因流过RA、RD的电流相等,根据P=I2R,可知PD>PA,因RB、RC两端电压相等,根据P=可知PC>PB,因RA、RC电阻相等,IA>IC,根据P=I2R可知PA>PC,即PD>PA>PC>PB,故选C。 返回 【思维升华】 (1)无论是串联电路还是并联电路,电路消耗的总功率都等于各电阻消耗的功率之和。 (2)串、并联电路的功率分配:串联时电流相同,由P=I2R可知,P与R成正比;并联时电压相同,由P=可知,P与R成反比。 (3)最大功率求法:先找出电路允许通过的最大电流或允许加的最大电压,然后利用P=I2R或P=求解。 返回 学习任务二　焦耳定律 【情境引领】 如图所示为一正常工作的电动机,其工作电压为220 V。 问题1.电动机消耗的电能会全部转化为线圈产生的内能吗? 提示:不会,只有一部分转化为内能。 问题2.设电动机内部线圈的电阻为r,结合欧姆定律的适用条件,能否用I=计算流过电动机的电流。 提示:不能。 返回 【新知导学】 1.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟_____________成正比,跟导体的_____及 _________成正比。 (2)表达式:Q=____。 可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量。 2.热功率 (1)定义:_________内的发热量称为热功率。 (2)公式:P热=I2R。 电流的二次方 电阻 通电时间 I2Rt 单位时间 返回 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)电功W=UIt在任何电路中都适用。(　　) (2)Q=I2Rt只在纯电阻电路中适用。(　　) (3)任何电路中的电功均为W=UIt,电热Q=I2Rt,且W=Q。(　　) (4)三个公式P=UI、P=I2R、P=没有任何区别,它们表达相同的意义,都是电功率。(　　) 提示:(1)√　(2)×　(3)×　(4)× 返回 2.设电风扇的内阻为R,正常工作时的电流为I,经时间t产生的焦耳热为Q1。让一个阻值为R的电阻通过相同的电流I,经相同的时间t,电阻产生的焦耳热为Q2,Q1与Q2是否相等? 提示:相等。 返回 【典例精研】 [典例3]两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B并联在电路中,A的长度为2L,直径为d;B的长度为L,直径为2d,那么通电后,A、B在相同的时间内产生的热量之比为(　　) A.QA∶QB=1∶8　　　 B.QA∶QB=8∶1 C.QA∶QB=1∶2 D.QA∶QB=4∶1 √ 返回 【解析】选A。电阻丝A、B的长度之比为2∶1,直径之比为1∶2,则横截面积之比为1∶4,根据电阻定律R=ρ知,电阻之比为8∶1,电阻丝A、B并联在电路中,电压相同,根据I=可得电阻丝A、B中的电流之比为IA∶IB=1∶8,根据Q=I2Rt可知电阻丝A、B在相同的时间内产生的热量之比为QA∶QB= 1∶8,故选A。 返回 【对点训练】 关于三个公式:①P=UI、②P=I2R、③P=,下列叙述中正确的是(　　) A.公式①适用于任何电路的热功率的计算 B.公式②只适用于计算纯电阻电路的热功率 C.公式③任何情况下都不能用 D.对于纯电阻电路,公式①、②、③既可以用来计算电功率也可以计算热功率 √ 返回 【解析】选D。在非纯电阻电路中热功率不能用P=UI计算,A错误;公式P=I2R适用于一切电路热功率的计算,B错误;公式P=适用于纯电阻电路功率的计算,C错误;纯电阻电路中,电流做功全部转化为内能,所以对于纯电阻电路,公式①、②、③ 既可以用来计算电功率也可以计算热功率,D正确。 返回 学习任务三　电路中的能量转化 【情境引领】 如图,人们用电熨斗熨烫衣服,用电风扇乘凉。 问题1.电熨斗的电路中的负载是什么?电熨斗工作时,将电能转化为什么能? 提示:电熨斗的电路中的负载是电阻;电熨斗工作时,将电能转化为内能。 问题2.电风扇的电路中负载是什么?电风扇工作时,将电能转化为什么能? 提示:电风扇的电路中负载是电阻和电动机;电风扇工作时,将电能转化为内能和机械能。 返回 【新知导学】 1.纯电阻电路与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,电能全部转化成内能 除内能外,还把电能转化成其他形式的能 电热 Q=UIt=I2Rt=t Q=I2Rt 关系 W=Q W>Q 电功率 P=UI=I2R= P=UI 热功率 P热=UI=I2R= P=P热+P其他,P热=I2R 返回 提醒:解决实际问题时,注意纯电阻电路和非纯电阻电路中能量转化的不同。 项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 关系 P=P热 P>P热 欧姆定律是否 成立 成立,有U=IR,I= 不成立,有U>IR,I< 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等 能量转化情况 电功 W=UIt=I2Rt=t W=UIt=I2Rt+E其他 返回 2.电动机的功率和效率 (1)电动机的特性 电动机是一种非纯电阻用电器,它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中,欧姆定律不再适用。 (2)电动机的三个功率及关系 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,即P入=UI。 输出功率 电动机做有用功的功率,P出=P入-P热=UI-I2r。 热功率 电动机线圈有电阻,电流通过线圈时会发热,热功率P热=I2r。 三者关系 P入=P出+P热。 返回 (3)电动机的效率 η=×100%=×100%。 返回 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)电路中的灯泡发光时,电能只转化为光能。(　　) (2)电风扇、电熨斗、洗衣机的电路都是非纯电阻电路。(　　) (3)给电容器充电时,是将电能转化为电场能。(　　) (4)电源向外电路供电时,是将电能转化为其他形式的能。(　　) 提示:(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 返回 2.电动机在正常工作时,电能主要转化为机械能和内能。若电动机被卡住不转了,能量转化会发生什么变化?为什么? 提示:电动机正常工作时,电能主要转化为机械能,还有一部分因线圈电阻发热转化为内能。电动机被卡住不转时,就变成了纯电阻电路,电能全部转化为内能,因为此时没有机械能输出,电流会比正常工作时大很多,根据Q=I2Rt,产生的热量会急剧增加。 返回 【典例精研】 [典例4](2025·张家口高二检测)如图所示,一手持迷你小风扇内安装有小直流电动机,其线圈电阻为RM,额定电压为U,额定电流为I。将它与电动势为E、内阻为r的直流电源连接,电动机恰好正常工作,则(　　) A.电源的输出功率为EI-I2RM B.电源的输出功率为I2RM C.电动机线圈电阻的发热功率为 D.电动机输出的机械功率为UI-I2RM √ 返回 【解析】选D。 选项 选项剖析 对错 A 电源输出功率为P出=EI-I2r × B 电源的输出功率为P出=UI>I2RM × C 电动机线圈电阻的发热功率为P热=I2RM< × D 电动机输出的机械功率为P机=UI-P热=UI-I2RM √ 返回 【对点训练】 (2025·渭南高二检测)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 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 √ 返回 【解析】选B。输出电流为I== A=1.0 A,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,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, D错误。 【思维升华】 电池充电时的能量转化 电池从电源获得的能量一部分转化为化学能,还有一部分转化为内能。 返回 课堂小结 情境实践 答案:①W=UIt　②焦耳(J)　 ③P=UI　④瓦特(W)　 ⑤快慢　⑥Q=I2Rt　 ⑦P=I2R　⑧机械　⑨内　 ⑩化学　⑪内 太阳能汽车,是指将太阳能转化成电能作为汽车动力,用电动机驱动车轮行驶的车辆。它实际上是一种电动汽车,具有节能、安全、环保的特点。由于其零污染,能源用之不尽,被人们称为“未来汽车”。太阳能电池技术是太阳能汽车的核心技术之一。如果一太阳能电池电动势为40 V,内阻为2 Ω,电流强度为1.8 A,则太阳能电池的总功率和输出功率各为多少? 返回 01 课堂检测·自我诊断 返回 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 √ 返回 【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;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,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。 返回 2.有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的额定电压和额定功率均为“220 V　60 W”。现让它们在额定电压下工作相同时间,则产生的热量(　　) A.日光灯最多　　　 B.电烙铁最多 C.电风扇最多 D.一样多 【解析】选B。电烙铁是纯电阻用电器,即以发热为目的,电流通过它全部用来产生热,而日光灯和电风扇是非纯电阻用电器,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能。综上所述,B正确。 √ 返回 3.(多选)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 √ √ 返回 【解析】选B、D。根据功率的公式P=可知,电压一定时,用电器的电功率跟电阻成反比,当图中开关断开时,R1、R2串联接入电路,阻值较大,功率较小,故此时为保温状态,而开关闭合时,只有R2接入电路,此时阻值较小,功率较大,为加热功率,R2为加热电阻丝。 返回 4.某扫地机器人电动机的输入电压恒为10 V,线圈电阻为1 Ω。正常工作时电流为3 A。下列说法正确的是 (　　) A.正常工作时,电动机的输出功率为30 W B.正常工作时,电动机的机械效率为90% C.电动机被杂物卡住无法运转时,电动机的发热功率为100 W D.根据焦耳定律,无论电动机正常工作还是被卡住,电动机的发热功率均为9 W √ 返回 【解析】选C。正常工作时,电动机的输入功率为P入=UI=30 W,热功率为P热=I2r=9 W,则电动机的输出功率为P出=P入-P热=21 W,则正常工作时,电动机的机械效率为η=×100% =×100%=70%,A、B错误;电动机被杂物卡住无法运转时,电流为I'==10 A,则电动机的发热功率为P'热=I'2r=100 W,C正确、D错误。 返回 $