8 第二章 8.焦耳定律 电路中的能量转化（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理必修第三册（教科版）

该高中物理课件围绕焦耳定律及电路能量转化，系统梳理电功、电功率、热功率等核心概念，通过知识辨析（如电流做功实质、电功率与电功关系）导入，衔接电路基础，为能量转化及功率计算搭建学习支架。 其亮点在于采用对比表格（纯电阻与非纯电阻电路）建构模型，结合电动机典例进行科学推理（功率关系、能量守恒），渗透能量观念与科学思维。学生能深化电路理解，教师可高效实施教学，提升学生分析实际问题能力。

知识点1　电功　电功率 1.电功 (1)定义:电场力移动电荷所做的功,简称电功。 (2)公式:电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I、通电 时间t三者的乘积,即 8 焦耳定律　电路中的能量转化 必备知识 清单破 第1讲　描述运动的基本概念 (3)单位:国际单位制中的单位是焦耳,符号是J。常用的单位还有千瓦时(kW·h),也称“度”,1 kW·h=3.6×106 J。 (4)电流做多少功,就表示有多少电能转化为其他形式的能。 2.电功率 (1)电流所做的功W与做这些功所用时间t的比叫作电功率,它在数值上等于单位时间内电流 所做的功。 (2)公式: (3)单位:国际单位制中的单位是瓦特,符号是W,1 W=1 J/s。 第1讲　描述运动的基本概念 知识点2　焦耳定律　热功率 1.焦耳定律 (1)内容:电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比,跟导体的电阻R成正比,跟通电 时间t成正比。 (2)表达式:   第1讲　描述运动的基本概念 2.热功率 (1)定义:电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比叫作热功率。它在数 值上等于单位时间内电流通过电阻所产生的热量。 (2)表达式:P热=I2R。 (3)物理意义:表示电流发热快慢的物理量。 第1讲　描述运动的基本概念 知识点3　电路中的能量转化 1.电源是把其他形式的能转化为电能的装置。电源提供的能量一部分消耗在外电路上,电能 转化为其他形式的能;一部分消耗在内电路上,电能转化为内能。 2.能量关系:电源提供的能量等于内外电路消耗的能量之和,即EIt=UIt+I2rt。 3.功率关系:电源提供的电功率等于内外电路消耗的电功率之和,即EI=UI+I2r。 4.对于外电路是纯电阻的电路,其能量关系和功率关系分别为EIt=I2Rt+I2rt,EI=I2R+I2r。 5.当外电路短路时,I0E= r,即发生短路时,电源释放的能量全部在内电路上转化成内能,这种 状态很危险。 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.电流做功的实质是静电力对电荷做功吗? 2.电功率越大,电流做功一定越多吗? 3.公式P=UI适用于非纯电阻电路中电功率的计算吗? 4.在非纯电阻电路中,能否用 t计算电热? 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.是。电流做功的实质就是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。 2.电功率越大,表示电流做功越快,但不一定做功越多,做功的多少还与时间有关。 3.此公式既适用于纯电阻电路也适用于非纯电阻电路。 4.不能。在非纯电阻电路中, t既不能表示电功,也不能表示电热,因为欧姆定律不再适用。 第1讲　描述运动的基本概念 关键能力 定点破 定点1　纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 电路特点 电路中只有电阻元件,只能把 电能转化为内能 除电阻外还包括能把电能转化为除内能外的其他形式能的用电器 是否遵循欧姆定律 遵循欧姆定律I=  不遵循欧姆定律U>IR或I<  能量转化 电流做功,电能全部转化为内能 电流做功,电能除转化为内能外,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、电风扇等 第1讲　描述运动的基本概念 电功 W=UIt=I2Rt= t W=UIt 电热 Q=I2Rt=UIt= t Q=I2Rt 电功率 P=UI=I2R=  P=UI 热功率 P热=I2R=UI=  P热=I2R 第1讲　描述运动的基本概念 定点2　电动机的功率和效率 1.电动机模型   　　如图,电动机由线圈电阻和其他元件组成。电动机正常工作时,部分电压加在线圈电阻 上,大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能,此时电路为非纯电阻电路;电动机 通电但电动机不工作时,电压全部加在线圈电阻上,此时电路为纯电阻电路。 第1讲　描述运动的基本概念 输入功率 电动机消耗的电功率(总功率),由电动机两端的电压和通过的电流决定,P总=UI 发热功率 电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时要发热,P热=I2r 输出功率 电动机做有用功的功率,P出=Fv,F为电动机产生的牵引力,v为使物体获得的速度大小 功率关系 P总=P出+P热 电动机效率 η= ×100%= ×100%= ×100% 2.电动机的功率和效率 第1讲　描述运动的基本概念 典例　有一个用直流电动机【1】提升重物的装置,重物的质量m=50 kg,电路电压U=120 V,当电 动机以v=0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流I=5 A,求:(取g=10 m/s2) (1)电动机线圈的电阻R。 (2)电动机对该重物的最大提升速度【2】。 (3)若因故障电动机不能转动【3】,这时通过电动机的电流是多大,电动机消耗的电功率又为多 大。 信息提取    【1】正常工作时,电路为非纯电阻电路。 【2】机械功率最大时,对应的提升速度最大。 【3】机械功率为0,电能全部转化为内能。 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    (1)列出电动机提升重物时三个功率(电功率、热功率、机械功率)的表达式。 (2)根据能量守恒列出三个功率间的关系式,从而求出电动机线圈的电阻R。 (3)根据数学知识求出机械功率的最大值,从而求出相对应的最大提升速度。 (4)电动机不能转动时,可以看成是纯电阻电路,根据欧姆定律计算出电流,再算出电动机的电 功率。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)电动机提升重物时,总功率P电=UI 电动机线圈发热功率P热=I2R 提升重物的功率P机=mgv 有P电=P热+P机,即UI=I2R+mgv(由【1】得到) 解得R=  Ω=6 Ω。 (2)根据P电=P热+P机得 P机=P电-P热=UI-I2R=-R +  当I= 时,P机有最大值 , 即I=  A=10 A时, 第1讲　描述运动的基本概念 P机max=  W=600 W 根据P机max=mgvmax(由【2】得到) 解得vmax=  m/s=1.2 m/s。 (3)若因故障电动机不能转动,则通过电动机线圈的电流为I'= =  A=20 A 电动机消耗的电功率为 P电'=UI'=2 400 W(由【3】得到)。 答案     (1)6 Ω    (2)1.2 m/s    (3)20 A    2 400 W 第1讲　描述运动的基本概念 定点3    闭合电路的功率及效率问题 1.闭合电路中的功率 电源总功率 任意电路:P总=EI=P出+P内 纯电阻电路:P总=I2(R+r)=  电源内部消耗的功率 P内=I2r=P总-P出 电源的输出功率 任意电路:P出=UI=P总-P内 纯电阻电路:P出=I2R=  第1讲　描述运动的基本概念 2.电源输出功率与外电路电阻的关系 　　外电路为纯电阻电路时,电源的输出功率P出=I2R= R= = 。 　　当R=r时,P出有最大值,即P出max= ,此时U外= 。 　　电源的输出功率随外电阻R变化的图像如图所示。从图像中可以看出: 第1讲　描述运动的基本概念 (1)当R<r时,若R增大,则P出增大;当R>r时,若R增大,则P出减小。即|R-r|越大时,P出越小;|R-r|越小 时,P出越大;|R-r|=0时,P出最大。 (2)当P出<P出max时,每个P出对应两个可能的外电阻R1和R2,且可以推导出R1和R2的关系为R1·R2=r2。 3.电源的效率 (1)电源的效率为η= = = 。 (2)当外电路为纯电阻电路时,η= = = 。由此式可知,外电阻R越大,电源的效率越 高。显然,当电源有最大输出功率时,电源效率η=50%。 第1讲　描述运动的基本概念 $