2.8焦耳定律 电路中的能量转化 课件 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件围绕电功、电功率、焦耳定律及电路能量转化展开。课堂从生活用电设备提问能量转化途径，引出电流做功，推导公式后结合微观模型解释热效应，对比纯电阻与非纯电阻电路，构建知识支架。 其亮点是以核心素养为导向，通过科学思维（微观模型解释电流热效应）和物理观念（区分纯电阻与非纯电阻能量转化），结合生活实例（电饭煲、电动机）及高考题，结构化小结巩固知识。助力学生提升分析能力，教师可高效教学。

焦耳定律 电路中的能量转化 教学课件 1 目标及重难点 1 2 3 4 新课导入 新课讲解 课堂练习 目录 5 链接高考 6 课堂小结 2 素养目标 【物理观念】 掌握电功、电功率、焦耳定律和热功率的概念及公式；形成电路中的能量转化观念，能准确区分纯电阻与非纯电阻电路的能量转化特征。 【科学思维】 能运用微观模型（自由电子与金属正离子碰撞）解释电流的热效应；通过对比分析纯电阻与非纯电阻电路，提升逻辑推理与综合分析能力。 【科学探究】 了解焦耳得出焦耳定律的实验探究历程，体会实验归纳与控制变量等科学探究方法在物理规律发现中的作用。 【科学态度与责任】 认识电流热效应在生产生活（如各类电热器）中的广泛应用，树立安全用电与节能减排意识；感悟焦耳严谨求实、坚持不懈的科学精神。 教学重难点 【教学重点】 电功与电功率的概念及计算；焦耳定律及热功率的理解与实际应用。 【教学难点】 非纯电阻电路（如电动机、电解槽）中电功（ P=UI ）与电热的区别，以及电路中能量转化关系的定量分析。 新课导入 通过电流做功来实现，即导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。 现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、 电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是通过什么途径转化的吗? 电热水壶通电时，电能转化为内能 电动机通电时，电能转化为机械能 蓄电池充电时，电能转化为化学能。 我们知道能量的转化是通过做功来实现的，那么电能转化为其他形式的能的过程，是通过什么做功来实现的呢？ 功是能量转化的量度，电能转化为其他形式能的过程可以看成是电流做功的过程，我们把电流通过电路时所做的功叫作电功。 新课讲解 一、电功和电功率 1. 电功 （1）电功：电流通过电路时所做的功。 电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。 （2）实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。 自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。 试推导电功的表达式 问题：如图表示一段电路，这段电路两端的电势差是 U，电路中的电流为 I，电荷从左向右定向移动，你能推导出这段时间t内恒定电场力对电荷所做的功吗？ 提示：①时间t内有通过电路的电荷量是多少？ ②电场力做功和什么有关？如何计算？ ③电功的单位：焦(J) 千瓦时(kW·h). 1kW·h＝3.6×106J ④电功是电能转化为其他形式能的量度。 电流做了多少功，就有多少电能（电势能）转化为其他能。 （3）电功的计算 ①表达式：W=UIt 电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压 U、电路中的电流 I、通电时间 t 三者的乘积。 ②适用条件：公式适用于一切电路。 （1）电功率：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率，用 P 表示。 （3）单位：瓦特（W）、千瓦（kw） 2.电功率 （2）表达式：P ＝ UI 电流在一段电路中做功的功率 P 等于这段电路两端的电压 U 与电流 I 的乘积。 （4）意义：电功率表示电流做功的快慢。 ②实际功率：用电器____________时消耗的电功率。 为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。 最大功率 实际工作 ①额定功率：用电器长期正常工作时的____________，也就是用电器工作在额定电压下的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率） （5）额定功率和实际功率 电流通过电路做功时，电能会转化为哪种形式的能量，要看电路中有哪种类型的用电器。 其中，电能转化为内能是最普遍的现象。 电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全部转化为内能。 电流通过导体时发热是一种普遍的现象，称为电流的热效应。 为什么用电器通电后会发热呢？ 电烙铁 电熨斗 在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能全部转化为内能。 二、焦耳定律 热功率 　　电流通过电热元件时，导体会全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功 W 等于这段电路产生的热能 Q ，即 Q＝W＝UIt 　　由欧姆定律 U＝IR ，可以得到热量 Q 的表达式 Q＝I2Rt 即，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体电阻及通电时间成正比。这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律。 焦耳 1．焦耳定律． (1)内容：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，跟通电时间成正比． (2)表达式：Q＝I2Rt （电热普适公式) (3)适用范围：Q＝I2Rt可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热)． (4)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能． 焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的情况，但是实际中有些电路除含有电阻外还含有其他负载，如电动机，下面我们以电动机为例，讨论其能量转化。 没有，不成立。因为电能只有部分转化为机械能，另一部分转化为内能。 1.电流通过电动机做功，将电能全部转化成机械能了吗？，即“P机＝P电”成立吗？为什么？ P热＝I2R. P电＝P机＋P热. 3.电功率、热功率和转化为机械能的功率三者什么关系？ 2.若电路中的电流为I，电动机线圈的电阻为R，则P热 等于什么？ P热=I2 R P=UI （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？ 电流通过导体发热的功率．热功率也是电能转化为内能的功率. (1)定义： (2)表达式 （热功率普适公式) 2．热功率． 电流的热效应在实际生产生活中有广泛的应用。 你还能举例吗？ 电饭煲 电熨斗 电热水器 电暖气 电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程 电能转化为机械能 电能转化为化学能 电能转化为内能 电解槽 电动机 电热器 三、电路中的能量转化 1.纯电阻电路：P电＝P热 2.非纯电阻电路：P电＝P热＋P其他 3.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 比较项目 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件，如电阻、电炉丝、小灯泡 电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器，如电动机、电解槽 欧姆定律 　 适用，I＝ 不适用，I< 能量转化 电能全部转化为内能：     W＝Q＝UIt＝I2Rt＝ 电能转化为内能和其他形式的能：     W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他 功率特点 电功率等于热功率： P电＝P热＝UI＝I2R＝ 电功率等于热功率与其他功率之和： P电＝UI P热＝I2R P电＝P热＋P其他 纯电阻电路 非纯电阻电路 4.闭合电路：IE＝IU＋I2r 这个式子的物理意义：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和。 闭合电路欧姆定律实质上是　　　　　　　在闭合电路中的具体体现。 能量守恒定律 (1)电热Q＝I 2Rt 可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。(　　) (2)任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I 2Rt，且W＝Q。(　　) (3)电功W＝UIt 在任何电路中都适用，Q＝I 2Rt只在纯电阻电路中适用。(　　) (4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈电阻产生的电热。(　　) √ √ × × 电动机的简易模型(如图所示)及其功率、效率 (1)电动机消耗的功率(总功率)：P总＝UI。 (2)电动机的发热功率：P热＝I 2R。 (3)电动机的输出功率(机械功率)P机＝P总－P热＝UI－I 2R。 (4)电动机的效率： 电动机电路的分析与计算 1.当电动机正常工作时，要注意分清电功和电热的关系，电动机消耗的电能也就是电流做的功W＝UIt，电动机产生的内能必须用Q＝I 2Rt来求。另外，还要注意能量守恒定律的应用，即W＝Q＋E(E为其他形式的能)或P电＝P机＋P热，其中P电＝UI，P热＝I 2R，P机为机械功率。 2.当电动机被卡住时，非纯电阻电路转变为纯电阻电路，电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能，W＝Q，即UIt＝I 2Rt。 课堂练习 A、B两灯的额定电压都是110 V，A灯的额定功率PA＝100 W，B灯的额定功率PB＝40 W，若将两灯同时接入电压恒为220 V的电路上，且使两灯均能正常发光，同学们设计了如图所示的甲、乙两种电路，则甲、乙两电路消耗的电功率之比为 A.2∶7 B.2∶5 C.5∶7 D.3∶7 √ 解析：甲电路中，由于A、B两灯的额定电压都是 110 V，额定功率PA＝100 W、PB＝40 W， 由此可知RB>RA，把灯B与可变电阻并联， 可以使并联部分的电阻减小，可使A灯与 并联部分的电阻相同，所以A、B能同时正常发光，并联电路消耗的功率与A灯的功率相同，所以总功率大小为200 W；乙电路中，把A、B并联之后与可变电阻串联接入电路，当可变电阻的阻值与A、B两灯并联的总电阻相等时，A、B就可以正常发光，此时可变电阻消耗的功率为A、B两灯功率之和，所以电路消耗的总功率的大小为280 W，由此可知，甲、乙两电路消耗的电功率之比为5∶7。故选C。 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 √ 解析：电阻丝A、B的长度之比为2∶1，直径之比为1∶2，则横截面积比为1∶4，根据电阻定律R＝ 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 可得电阻丝A、B中的电流之比为IA∶IB＝1∶8，根据Q＝I 2Rt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。 (多选)如图所示是电饭锅的电路原理图，R1是定值电阻，R2是加热用的电热丝。电饭锅工作时有两种状态，当自动开关S闭合时为锅的加热状态；当自动开关S断开时为保温状态。若要使R2在保温状态下的功率是加热状态的四分之一，不考虑电阻随温度的变化，则R2在保温状态下的电压U1与加热状态下的电压U2之比及R1、R2的电阻值之比，分别为 A.U1∶U2＝1∶1 · B.U1∶U2＝1∶2 C.R1∶R2＝(　 －1)∶1 D.R1∶R2＝1∶1 √ √ 在加热状态下 ，在保温状态下P保温＝ ，P加热＝4P保温，解得R1∶R2＝1∶1， 根据串联电路的分压原理，可知S断开后，两个 电阻的电压相等，则 ，加热状态的电压U2＝U，可得 U1∶U2＝1∶2，故选B、D。 链接高考 某同学以金属戒指为研究对象，探究金属物品在变化磁场中的热效应。如图所示，戒指可视为周长为L、横截面积为S、电阻率为ρ的单匝圆形线圈，放置在匀强磁场中，磁感应强度方向垂直于戒指平面。若磁感应强度大小在 时间内从0均匀增加到 ，求： （1）戒指中的感应电动势和电流； （2）戒指中电流的热功率。 答案：（1） （2） 解析：（1）设戒指的半径为r，则有 磁感应强度大小在 时间内从0均匀增加到 ，产生的感应电动势为 可得 戒指的电阻为 则戒指中的感应电流为 （2）戒指中电流的热功率为 如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为 ，电源电动势 ，内阻不计。四个灯泡中消耗功率最大的是(      ) A. B. C. D. 答案：A 解析： 课堂小结 一、电功和电功率 1、电功:在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功。 定义式：W=UIt （适用于一切电路） 2、电功率:单位时间内电流所做的功叫做电功率。 定义式：P=UI （适用于一切电路） 二、焦耳定律 热功率 Q=I2 R t 1、焦耳定律： （适用一切电路） 2、热功率 ： （适用一切电路） 三、电路中的能量转化 EI = I 2R ＋I 2 r 感 谢 收 看 教学课件 39 Lavf58.20.100 t $