12.1 电路中的能量转化 导学案-2026-2027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，核心涵盖电功、电功率、焦耳定律及能量转化关系。通过家用电器实例提问导入，引导学生思考能量来源与转化，搭建从生活现象到物理概念的学习支架，衔接能量守恒定律前序知识。 以“导学”问题驱动科学探究，结合生活实例与焦耳实验史料构建能量观念，例题设计注重科学推理与实际应用，帮助学生区分电功与电热，提升分析电路能量转化的科学思维能力，助力学生深化物理观念理解。

第十二章 电能 能量守恒定律 12.1 电路中的能量转化 [学习目标]　 1．理解电功与电场力对自由电荷所做的功的关系，理解电功的公式，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，知道电功率和热功率的区别和联系。（重点） 3．从能量的转化和守恒角度分析电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。 一、电路中的能量转化形式 【导学】 1.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：这些家用电器为什么能工作？它的能量是从哪里来的?电风扇消耗的电能与其扇叶转动需要的机械能、电风扇产生的内能有什么关系? 【知识整理】 2.电灯将__ ______转化为__________。电炉将 转化为___________； 电动机将________转化为__________。电解槽将________转化为 。 二、电功与电功率 【导学】 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。 3.在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q= 。这相于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了功。电场力做的功W= ，电场力做功的功率是 。 【知识整理】 4.电功 （1）电功是指电路中___________对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。 （2）电功的计算公式：___________ 单位：___________，符号为J。 常用的单位：千瓦时（kW·h），也称“度”，1 kW·h=3.6×106 J。 5.电功率 （1）定义：电流在一段电路中所做的功与___________之比。 （2）公式：P==UI。 （3）单位：瓦特，符号为W。 （4）意义：表示电流___________的快慢。 6.串、并联电路的功率分配关系 （1）串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成___________，即=…==I2。 （2）并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成___________，即P1R1=P2R2=…=PnRn=U2。 （3）无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和。 7.额定功率和实际功率 （1）用电器正常工作时所消耗的功率叫作___________。当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额。且P额=U额I额。 （2）用电器的实际功率是用电器在实际工作时___________。为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。 【例题】 8．如图所示，图线a表示的导体的电阻为R1，图线b表示的导体的电阻为R2则下列说法正确的是（　　） A．R1∶R₂=1∶3 B．把R1拉长到原来的3倍长后电阻等于R2 C．将R1与R2串联后接于电源上，则功率之比P1∶P2=3∶1 D．将R1与R2并联后接于电源上，则电流之比I1∶I2=1∶3 9．如图所示，为某一闭合电路的部分电路，其中R1=20Ω，R2=R3=40Ω，下列关于R1、R2、R3消耗电功率P1、P2、P3，以及R1、R2两端的电压U1、U2的关系正确的是（　　） A．U1=U2，P1=P2=P3 B．U1>U2，P1∶P2∶P3=1∶2∶2 C．U1=U2，P1∶P2∶P3=2∶1∶1 D．U1<U2， P1<P2=P3 三、焦耳定律 【导学】 阅读以下材料，结合教材80页“焦耳定律”标题下内容，思考以下问题： 材料一：大量实验证明，当电流通过导体时，由于定向移动自由电荷与导体原子的碰撞，总会有一部分电能转化为导体的内能，使导体温度升高，这就是电流的热效应。 ——百度百科 材料二：24岁时，焦耳开始对通电导体放热的问题进行深入的研究。他把父亲的一间房子改成实验室，一有空便钻到实验室里忙个不停。焦耳把实验做了一次又一次，大量数据使焦耳发现：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。 ——《科学家焦耳的故事》 【知识整理】 10．焦耳定律 （1）内容：电流通过导体产生的_________跟电流的二次方成_________，跟导体的电阻及通电时间成______比。 （2）表达式：Q＝_________。 11．热功率 （1）定义：单位时间内的发热量称为_________。 （2）表达式：P热＝____________。 （3）物理意义：表示电流发热________的物理量。 【例题】 12．如图所示的电熨斗的电阻是，通电1min产生的热量是，那么，通过这个电熨斗的电流是（　　） A．0.4A B．2.4A C．4.0A D．4.4A 13．小明将功率为1500W、1000W、500W的三个电器接通在同一个插线板上，插线板的导线出现发热现象。下列相关说法正确的是（　　） A．导线的电阻可以忽略，该发热现象与电热无关 B．更换导线更细的插线板，有利于减少发热 C．断开500W的电器，最有利于减少发热 D．不能将几个大功率电器同时接通在同一个插线板上 14．中国江苏某一品牌的太阳能热水器中含有辅助电加热控制器，当太阳能不足时，热水器中的水温达不到所需要的温度，热水器内安装的电阻丝辅助加热装置会自动工作，如图所示，如要在最短的时间内将水加热到预期的温度，应将选择开关置于哪一个挡位（　　） A．“”挡 B．“”挡 C．“”挡 D．“”挡 四、电路中的能量转化 【导学】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是多少？热功率是多少？机械功率是多少？ 【知识整理】 15．电路中的能量转化 从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为___________，还有一部分转化为___________，即P电=___________，其中P电=___________，P损=___________ 16．如图所示为电源、电动机和电阻连接的简化电路。闭合开关，电动机正常工作，测得电动机M两端的电压等于电阻R两端的电压，则此时（　　） A．电动机M发热功率比电阻R的小 B．电动机M发热功率比电阻R的大 C．电动机M消耗的电功率比电阻R的小 D．电动机M消耗的电功率比电阻R的大 17．一个直流电动机正常工作时，所加电压为，电流为，线圈内阻为，下述说法中正确的是（　　） A．电动机输出的机械功率为 B．电动机的发热功率为 C．电动机输出的机械功率为 D．电动机的电功率可写作 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1.略 2.电能 光能 电能 热能 电能 机械能 电能 化学能 3. It qU IU 4． 静电力 W=UIt 焦耳 5. 通电时间 做功 6. 正比 反比 7. 额定功率 消耗的电功率 8．A 【详解】A．将图中数据代入公式得R1∶R₂=1∶3。故A正确； B．设R1的长度为L，横截面积为S，则 把R1拉长到原来的3倍，则 电阻为 故B错误； C．将R1与R2串联后接于电源上，可知电流相等，则功率之比。故C错误； D．将R1与R2并联后接于电源上，可知电压相等，则功率之比。故D错误。 故选A。 9．C 【详解】、并联后电阻为 由于、并联后电阻等于，则、并联后两端电压等于两端电压，即 电阻消耗的电功率为 电阻消耗的电功率为 电阻消耗的功率为 故有 故选C。 10． 热量 正比 正比 11． 热功率 快慢 12．C 【详解】电熨斗的电阻是，通电1min产生的热量是，根据可得电流为 故选C。 13．D 【详解】A．导线的电阻虽然较小，但电流较大时，根据焦耳定律 可知发热量仍不可忽略，故A错误； B．根据电阻定律 可知导线越细，横截面积越小，电阻越大，发热量反而增加，故B错误； C．断开500W电器后电路总功率为2500W，电流减小，但断开1500W的电器后，电路总功率为1500W电流减少更显著，所以断开500W的电器并非最有利于减少发热，故C错误； D．多个大功率电器同时使用会导致总电流超过插线板承载能力，引发过热危险，故D正确。 故选D。 14．B 【详解】根据焦耳定律有 可知在电压一定的情况下，电阻越小，发热功率越大，产生相同的内能需要的时间越短，故 应将选择开关置于“”挡。 故选B。 导学：略 15． 机械能 内 UI 【详解】略 16．A 【详解】根据P=IU，电动机和电阻两端的电压相同，电流也相同，可知电动机M消耗的电功率等于电阻R的功率；因电动机消耗的功率一部分转化为热功率，而电阻消耗的功率全部转化为热功率，可知电动机M发热功率比电阻R的小。 故选A。 17．C 【详解】A．是电动机的输入总电功率，并非输出的机械功率，故A错误； B．电动机属于非纯电阻用电器，欧姆定律不适用，其发热功率只能由焦耳定律得，不等于，故B错误； C．根据能量守恒，电动机输出的机械功率等于总输入功率减去发热损耗功率，即，故C正确； D．电动机工作时大部分电能转化为机械能，因此， 欧姆定律不成立，、、三者不相等，故D错误。 故选C。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $