12.1 电路中的能量转化（培优教学课件）物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦“电路中的能量转化”，核心涵盖电功、电功率、焦耳定律及纯电阻与非纯电阻电路的能量规律。通过生活用电器实例提问能量转化引入，从电能转化实质出发，逐步推导电功公式，延伸至电功率、额定功率，再通过焦耳定律探究电热，最终对比两种电路能量转化差异，搭建递进式知识支架。 其亮点是以能量观念为统领，结合科学思维中的模型建构与科学推理，如用对比表格清晰呈现纯电阻与非纯电阻电路的公式适用条件，通过电动机提升重物实例分析功率关系。融入节能理念落实科学态度，帮助学生深化对能量转化规律的理解，教师可借助结构化内容提升教学效率。

1. 电路中的能量转化 第十二章 电能 能量守恒定律 人教版必修第三册 导入新课 现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动机等。 那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？ 物理观念 理解电功、电功率，区分电热与电功的不同。 科学思维 辨析纯、非纯电阻电路的能量转化规律。 科学态度 与责任 树立节能用电理念，践行绿色生活方式。 学习目标 重点 电功、电功率、焦耳定律公式及应用。 难点 纯电阻与非纯电阻电路的能量差异与公式选用。 重点难点 1. 电功和电功率 2. 焦耳定律 3. 电路中的能量转化 4. 课堂总结 5. 练习与应用 第1节 电路中的能量转化 学习内容 一、电功和电功率 第1节 电路中的能量转化 1、电能的转化 电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。 电动机通电时把电能转化为机械能； 电热水壶通电时，电能转化为内能； 蓄电池充电把电能转化成化学能； 电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。 问题2：这段电路两端的电势差是U，在这个过程中，静电力做了多少功？ q=It 问题1：在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？ W=qU=UIt 思考：如何计算电流做的功呢？ 2、电功 1、定义：一段电路上的电功等于这段电路两端的电压U 和电路中电流 I 、通电时间t三者的乘积。 W=qU q=It W=UIt 适用一切电路 2、表达式：W = qU= UIt 3、意义：量度电能转化为其它形式的能的多少。 5、单位：焦耳 J 1 kW·h=3.6×106J 6、测量方法：电能表、伏安法等。 4、决定因素：电功与通过用电器的电量（通过用电器的电流和通电时间）和用电器两端的电压成正比。 2、电功 3、电功率 不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？ 1、定义：单位时间内电流所做的功 2、表达式： 适用一切电路 3、意义：电功率表示电流做功的快慢。 4、单位：国际单位：瓦（W） 常用单位： 毫瓦（mW），千瓦（kW）。 1 kW＝103 W＝106 mW = 10─3 MW 额定功率:用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率） 实际电压:用电器实际工作时的电压 实际功率:用电器在实际电压下的功率 额定电压:用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压） 4、额定电压与额定功率 例1：如图所示的电路中，电阻 、 和 的阻值分别为 、 和 ， 为 ，该电路的总功率和 的功率分别为( ) A. 和 B. 和 C. 和 D. 和 5、典例分析 [解析]选C。由题图可知 、 串联，再和 并联，根据串、并联规律可知电路总电阻为 ，所以电路的总功率 ，通过 的电流 ， 的功率 。 5、典例分析 二、焦耳定律 第1节 电路中的能量转化 取暖器通电后，取暖器丝热得发红，而与取暖器丝相连的导线却不怎么热，为什么？ 因为取暖器丝电阻非常大。 电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢? 假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？ 1、电功与热量 设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。 据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为：U=IR 在时间t内电场力对电阻元件所做的功为：W=IUt=I2Rt 由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q 所以产生的热量为：Q=I2Rt 2、热量的理论推导 这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。 内容：电流通过导体时产生的热量 Q（电热） 等于电流 I 的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积，即： 适用于任何电路 电流热效应的实质：电能通过电流做功转化为内能（热能）。 电流热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。 3、焦耳定律 4、焦耳定律实验 热功率： (1)单位时间内导体的发热量叫做热功率; (2)热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。 P热=I2 R （一切电流做功的功率） 总功率 （专指电流发热的功率） 热功率 思考：如果电路中还含有除电阻之外的其他负载，如电动机，电路中的能量又改如何转化呢？ P=UI 5、热功率 例2：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，电路中产生的焦耳热一定越多 B. 适用于任何电路， 也适用于任何电路 C. 在非纯电阻电路中， D. 焦耳热 只适用于纯电阻电路 6、典例分析 [解析]选C。电功率越大，电流做功越快，相同时间内电路中产生的焦耳热一定越多， 错误； 适用于任何电路，而 只适用于纯电阻电路， 错误；在非纯电阻电路中， ， 正确；焦耳热 适用于任何电路， 错误。 6、典例分析 例3：（多选）日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为 ，它与电阻为 的电热丝相串联，接到直流电源上，电吹风两端电压为 ，通过的电流为 ，消耗的电功率为 ，在时间 内产生的焦耳热为 ，则以下选项正确的是( ) A. B. C. D. 6、典例分析 [解析]选AC。由题意可知，电吹风机消耗的电功率 是总功率，所以用 ，故 正确， 错误；根据焦耳定律可得电吹风机在时间 内产生的焦耳热 ，故 正确， 错误。 6、典例分析 三、电路中的能量转化 第1节 电路中的能量转化 1、电路中的能量转化 电流（静电力）做功时，消耗的是电能。但电能转化为那种形式的能呢？ 电能转化为热能 电能转化为光能和热能 电能转化为热能 电能转化为机械能和热能 只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件; 电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转化为内能和其它形式的能。 纯电阻电路 非纯电阻电路 从能量转化和守恒的角度看，用电器从电源获得能量，可能一部分转化为内能，还有一部分转化为机械能。 2、纯电阻元件和非纯电阻元件 纯电阻电路 非纯电阻电路 电能 → 内能 = I=U/R I＜U/R 电能 → 内能+其它形式的能 W W其+Q IUt I2Rt ＞ W IUt Q I2Rt 电功 = 电热: 电功率=热功率：P = I U = U2/R = I2R =P热 W= IUt = =I2Rt U2t/R =Q 电功：W= IUt 电热：Q=I2Rt 电功率：P = IU 热功率：P热=I2R 2、纯电阻元件和非纯电阻元件 思考：当电动机接上电源后，会转动起来对外工作，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？这种电路又有何特点？ 焦耳定律讨论了电路中能量完全转化为内能的情况，但是实际中的电路除了电阻还含有其他负载，如电动机。这样的电路能量又是如何转化呢？。 3、电动机问题 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。 1．输入功率：电动机的总功率；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；P热＝I2r 4．功率关系：P总＝P出＋P热 5．电动机的效率： 3、电动机问题 4、纯电阻和非纯电阻电路的对比 两种电路比较内容 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能的用电器 欧姆定律 服从欧姆定律I＝U/R 不服从欧姆定律：U>IR或I<U/R 能量转化 电流做功全部转化为电热即电能全部转化为导体的内能 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功 电热 电功率 热功率 规律总结：无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。 4、纯电阻和非纯电阻电路的对比 例4：用直流电动机提升重物的装置如图所示，重物的质量 ，电动机两端的电压是 ，不计各处摩擦。当电动机以 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流 ， 取 。 （1） 电动机的总功率是多少？ （2） 电动机线圈的电阻是多大？ （3） 内电动机线圈产生的热量是多少？ （4） 该电动机的效率是多少？ 5、典例分析 [1答案] [2答案] [3答案] [4答案] [1解析]电动机消耗的总功率 。 [2解析]电动机的输出功率为 ,电动机因发热而损耗的功率为 ,由能量守恒定律得 ,代入数据解得，电动机线圈的电阻为 。 [3解析] 内电动机线圈产生的热量是 。 [4解析]该电动机的效率为 。 5、典例分析 四、课堂总结 第1节 电路中的能量转化 五、课堂总结 电路中的能量转化 纯电阻电路 电能 内能 电功 电热 电功率热功率 非纯电阻电路 电能 内能 其他能量 电功 电热 电功率热功率 五、练习与应用 第1节 电路中的能量转化 五、练习与应用 1. 甲、乙两灯分别标有“ ”和“ ”字样，先将两灯串联后接在电压为 的电路中，甲灯的功率为 ；再将两灯并联后接在同一电压下，乙灯的功率为 。两次灯泡均安全，忽略温度对灯丝电阻的影响，则 为( ) A. B. C. D. 五、练习与应用 [解析]选 。由题可知，甲、乙两灯的额定电压相同，额定功率之比为 ，根据公式 ,可得两灯的电阻之比为 ,当两灯串联时，根据串联电路中电流处处相等可得两灯两端电压之比为 ，所以 ,当两灯并联时，根据并联电路电压特点可知 ,所以 。 五、练习与应用 2. 充电宝的铭牌通常标注的是“ ”（毫安时），即锂电池充满电后全部放电的电荷量。机场规定：严禁携带额定能量超过 的充电宝搭乘飞机。根据以下充电宝铭牌，不能带上飞机的是( ) A. “ ”和“ ” B. “ ”和“ ” C. “ ”和“ ” D. “ ”和“ ” 五、练习与应用 [解析]选 。 项中充电宝的额定能量为 ，故 不符合题意； 项中充电宝的额定能量为 ，故 不符合题意； 项中充电宝的额定能量为 ，故 符合题意； 项中充电宝的额定能量为 ，故 不符合题意。 3. 电风扇体积小、便于携带，并且采用了新型的无刷直流电机，比传统的马达风扇更安静、更省电。目前， 电风扇已经成了上班族、学生党的常备利器。若 风扇正常工作时内部电机两端电压为 ，输入电流为 ，则以下说法正确的是( ) A. 电机的电阻为 B. 电机产生焦耳热的功率为 C. 电机输出机械功率小于 D. 电机消耗的电功率小于 五、练习与应用 五、练习与应用 [解析]选 。电机为非纯电阻电路，计算电阻不能用欧姆定律，即电阻不等于 ，故 错误；电机工作时，有 ，可知电机输出机械功率小于 ，电机产生焦耳热的功率小于 ，电机消耗的电功率等于 ，故 正确， 、 错误。 感谢观看 Thank you for listening Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 ?�?? ^j�?????ɔ놀;I?И/??��Ʃ?t�??��k??�?^???��6??V?z?S/�?P?=?VX??J?q(iL?y??�K;??�?q?)�??????8??o?1??Z�}ǩ?~???T/???8??r?�,M?Uӡ????t???1?bʦ&??w/z?�u<??/?PNG � $