12.1 电流中的能量转化 导学案 - 2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦“电路中的能量转化”，核心知识点涵盖电功、电功率的概念及计算，焦耳定律与热功率的区别联系，以及纯电阻与非纯电阻用电器的能量转化特点。课堂导入从生活电器（如电灯、电动机）的能量转化实例切入，引导学生建立物理观念，搭建从生活到物理知识的学习支架。 本资料以新课标核心素养为导向，通过自主学习中的公式推导培养科学思维，结合动手实践探究纯电阻与非纯电阻的能量转化差异提升科学探究能力。典例精讲联系电动机、充电器等实际应用，强化科学态度与责任，帮助学生构建能量观念，提升解决实际电路问题的能力。

高二年级物理 第十二章 电能 能量守恒定律 自学探究学案 学习内容：12.1 电路中的能量转化 主备: 闲云 时间 ： 月 日 班 级 姓名 教学目标-科学素养 物理观念：1．理解电功的概念和公式，能进行有关的计算。 2．理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。 3．知道电功率和热功率的区别和联系。 科学思维：通过推导电功和焦耳定律，培养学生理论与实际相结合的思维品质。 科学探究: 引导学生动手实践，探究纯电阻用电器与非纯电阻用电器能量转化的差别。 科学态度与价值观：通过联系生活中的电热水壶、电动机、蓄电池等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。 自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗） 一、生活中电器的能量转化 日常生活中，我们经常要用到各种家用电器，比如用电熨斗熨衣服，用电热水器烧水， 用电风扇吹风等。请同学们思考： 电灯将________转化为___________。 电饭锅将________转化为___________。 电动机将________转化为__________。电解槽将________转化为_________。 二、电功和电功率 (1) 电功 1．电能转化为其他形式的能，是通过___做功来实现的。 2．电流做功的实质：导体中的____对自由电荷的静电力在做功。 3.推导电功的表达式： 如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电 场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I。在时间t内电场力做的功是多少？ 4.电功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时 间t三者的____。 即W＝_______。 5.电功的物理意义： 。 (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.定义式：P＝　　 。 3.电功率表达式：P＝____ 。 表述：电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压与电流的乘积 4.物理意义： 。 5.单位：电功率的单位是____，简称____ ，符号____ 。 三．焦耳定律和热功率 （1）焦耳定律 1．焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成____，跟导体的电阻及通电时间成____。 2.表达式：Q=________ ； 3.适用条件：适用于任何电路。 4.电热的微观解释 从微观上讲，导体内的自由电子做定向移动时，与金属离子不断地碰撞，同时把一部分能量传给离子，使离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高，导体发热。 （2）热功率： 1.定义：电路中所产生的____与通电____之比。 2.表达式：=________ ； 表述：电流在一段电路中的热功率等于这段电路电流的二次方与电阻的乘积 （3）额定功率和实际功率 用电器铭牌上所标称的功率是_______________，用电器在实际电压下工作的功率是_______________。 用电器只有在 电压下工作实际功率才等于额定功率。 四．电路中的能量转化 电路中的能量转化与用电器的性质有关。有的用电器把输入的电能全部转化为内能，这样的用电器叫纯电阻用电器;有的用电器把输入的电能一部分转化为内能，另一部分转化为其它形式的能，这样的用电器叫非纯电阻用电器。 （1）纯电阻用电器 1．能量转化特点：电路中的电能全部转化为内能；例如电热水器、电饭锅。 2.表达式：W电 W热 Q，即 = ； 3.电功率与热功率： 4.用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？ （2）非纯电阻电路： 1. 能量转化特点：电路中的电能转化为内能和其他形式的能；例如电动机。 2.表达式：W电= W其它＋Q，W电＞Q，即 ＞ ； 3.电功率与热功率：P= P其它＋P，；UI I2 R； 4. 用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？ （3）电动机工作过程中的能量转化情况 1.当电动机正常工作时 ①能量转化情况：输入的电能转化为 能和 能 ②电动机的总功率（输入功率）即电功率P= P电= ③ 电动机的热功率：P= ； ④电动机的输出功率（有用功率）：P= F； ⑤三个功率的关系：P P P 2.电动机因故障或其他原因（被卡住）不转动时 ①能量转化情况：输入的电能转化为 能 ②电动机的总功率（输入功率）即电功率P= P电= ③ 电动机的热功率：P= ； ④电动机的输出功率（有用功率）：P= ； ⑤三个功率的关系：P电 P 思考：给电动机通电的一瞬间，电动机是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器？ （4）充电器给电池充电过程中的能量转化 ①能量转化情况：输入的电能转化为 能和 能 ②给电池输入的电功率（总功率）P= P电= ③ 电池内部的热功率：P= ； ④电池向化学能的转化功率（有用功率）：P化= ； ⑤三个功率的关系：P电 P 思考：U=Ir成立吗？ 典例精讲 例1：一个电动机，线圈电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压是220V时，通过的电流是5A。这台电动机消耗的电功率是多少？热功率是多少？机械功率是多少？ 例2.如图所示，一直流电动机与阻值R=10Ω的电阻串联接在电源上。 电源电压U=36V，用理想电压表测出电动机两端的电压U1=18V，则（ ） A.电动机的内阻为10Ω B.通过电动机的电流为1.8A C.电动机的内阻消耗的功率为18W D.电动机的机械功率为32.4W 例3.(多选)如图所示，定值电阻R＝20 Ω，电动机线圈的电阻R0＝1.0 Ω，当开关S断开时，电流表的示数是1.0 A。当开关S闭合后，电动机转动起来，电路 两端的电压不变，电流表的示数为2.0 A。则(　 　) A．电路电压为20 V B．电路的发热功率为20 W C．电动机的输出功率为19 W D．电动机的效率是95% 一、生活中电器的能量转化教学案答案 日常生活中，我们经常要用到各种家用电器，比如用电熨斗熨衣服，用电热水器烧水， 用电风扇吹风等。请同学们思考： 电灯将___电能_____转化为_光能（还有热能）_。 电饭锅将电能_转化为_热能（内能）。 电动机将____电能__转化为___机械能____。电解槽将_电能___转化为_化学能______。 二、电功和电功率 (1) 电功 1．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：导体中的电场对自由电荷的静电力在做功。 3.推导电功的表达式： 如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电 场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I。在时间t内电场力做的功是多少？ W = Uq = UIt 4.电功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积_。 即W＝__ UIt_____。 5.电功的物理意义： 表示电流做功的多少 。 (2)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___ 。 表述：电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压与电流的乘积 4.物理意义： 表示电流做功的快慢 。 5.单位：电功率的单位是_瓦特___，简称__瓦__ ，符号_W___ 。 三．焦耳定律和热功率 （1）焦耳定律 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___。 2.表达式：Q=________ ； 3.适用条件：适用于任何电路。 4.电热的微观解释 从微观上讲，导体内的自由电子做定向移动时，与金属离子不断地碰撞，同时把一部分能量传给离子，使离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高，导体发热。 （2）热功率： 1.定义：电路中所产生的_热能___与通电_时间___之比。 2.表达式：=______ ； 表述：电流在一段电路中的热功率等于这段电路电流的二次方与电阻的乘积 （3）额定功率和实际功率 用电器铭牌上所标称的功率是____额定功率___________，用电器在实际电压下工作的功率是_____实际功率__________。 用电器只有在 额定 电压下工作实际功率才等于额定功率。 四．电路中的能量转化 电路中的能量转化与用电器的性质有关。有的用电器把输入的电能全部转化为内能，这样的用电器叫纯电阻用电器;有的用电器把输入的电能一部分转化为内能，另一部分转化为其它形式的能，这样的用电器叫非纯电阻用电器。 （1）纯电阻用电器 1．能量转化特点：电路中的电能全部转化为内能；例如电热水器、电饭锅。 2.表达式：W电 = W热 = Q，即 电功 = 热功 ； 3.电功率与热功率： 4.用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？ U=IR （2）非纯电阻电路： 1. 能量转化特点：电路中的电能转化为内能和其他形式的能；例如电动机。 2.表达式：W电= W其它＋Q，W电＞Q，即 电功 ＞ 热功 ； 3.电功率与热功率：P= P其它＋P，；UI I2 R； 4. 用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？ UIR （3）．电动机工作过程中的能量转化情况 1.当电动机正常工作时 ①能量转化情况：输入的电能转化为 机械 能和 内 能 ②电动机的总功率（输入功率）即电功率P= P电= UI ③ 电动机的热功率：P= ； ④电动机的输出功率（有用功率）：P= F； ⑤三个功率的关系：P = P + P 2.电动机因故障或其他原因（被卡住）不转动时 ①能量转化情况：输入的电能转化为 内 能 ②电动机的总功率（输入功率）即电功率P= P电= P ③ 电动机的热功率：P= UI= ； ④电动机的输出功率（有用功率）：P= 0 ； ⑤三个功率的关系：P电 = P 思考：给电动机通电的一瞬间，电动机是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器？ 给电动机通电的一瞬间，电动机还来不及运动，电能没有向机械能转化，全部转化为热能，这一瞬间是纯电阻用电器 （4）充电器给电池充电过程中的能量转化 ①能量转化情况：输入的电能转化为 化学 能和内 能 ②给电池输入的电功率（总功率）P= P电= UI ③ 电池内部的热功率：P= ； ④电池向化学能的转化功率（有用功率）：P化= UI- ； ⑤三个功率的关系：P电=P化+P 思考：U=Ir成立吗？ 不成立 典例精讲 例1：一个电动机，线圈电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压是220V时，通过的电流是5A。这台电动机消耗的电功率是多少？热功率是多少？机械功率是多少？ 1100W,10W,1090W 例2.如图所示，一直流电动机与阻值R=10Ω的电阻串联接在电源上。电源电压U=36V(内阻不计)，用理想电压表测出电动机两端的电压U1=18V，则（B ） A.电动机的内阻为10Ω B.通过电动机的电流为1.8A C.电动机的内阻消耗的功率为18W D.电动机的机械功率为32.4W 例3.(多选)如图所示，定值电阻R＝20 Ω，电动机线圈的电阻R0＝1.0 Ω，当开关S断开时，电流表的示数是1.0 A。当开关S闭合后，电动机转动起来，电路 两端的电压不变，电流表的示数为2.0 A。则(　ACD 　) A．电路电压为20 V B．电路的发热功率为20 W C．电动机的输出功率为19 W D．电动机的效率是95% 2 学科网（北京）股份有限公司 $