3.3电功与电热 课件-2026-2027学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

3.3电功与电热 学习目标、重难点 1 新课讲解 3 新课导入 2 课堂练习 4 教考衔接 5 课堂小结 6 目录 【学习目标】 物理观念：理解电功与电热的本质区别；掌握纯电阻与非纯电阻电路中 W=UIt 与 的适用条件及能量转化关系。 科学思维：运用能量守恒定律分析电路中的能量分配；通过对比推理，辨析“电能全部转化为内能”与“电能部分转化为其他形式能”的物理模型差异。 科学探究：设计实验验证焦耳定律；能通过测量电压、电流与时间，定量比较电功与电热，归纳非纯电阻电路的能量规律。 科学态度与责任：养成安全用电、规范读数的实验习惯；关注电器能效标准，树立节能环保意识，体会物理知识在工程技术中的实际应用。 【学习重难点】 重点： 电功公式与焦耳定律的物理意义及适用范围；纯电阻电路中 W=Q 的成立条件。 难点： 非纯电阻电路（如电动机、充电电池）中W>Q 的能量分配分析；区分“总功率”“热功率 ”与“输出功率”的关系；避免误用欧姆定律推导非纯电阻电路的电热。 【新课导入】 自由电子在电场力的作用下会定 向移动而做功，电场力做的功常常说 成是电流所做的功，简称“电功”； 而不同导体在相同电压作用下电场力 做功的快慢程度又是不同的，为了比 较电场力做功的快慢，我们引入了 “电功率”的概念；同时电流通过导体是会发热的，我们把它叫“电热”。那么以上这些物理量之间有何关系呢？下面我们共同来学习这些问题。 【新课讲解】 一、电功和电功率 如图一段电路两端的电压为，通过的电流为，在时间内通过这段电路任一横截的电荷量。　 则电场力做功即 【新课讲解】 1.电功 （2）公式：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的电流 和通电时间 三者的乘积． （3）单位：　在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h）. 　1kW·h＝3.6×106J (1)定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功． 【新课讲解】 （4）对电功的理解 ①从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功． ②从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少． ③电功对任何电路都适用． 【新课讲解】 2．电功率：单位时间内电流所做的功与所用时间之比 （１）一段电路上的电功率等于这段电路两端的电压和电路中电流的乘积． （２）电功率表示电流做功的快慢． （３）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有千瓦（kW） 　1kW＝103W （4）电功率 【新课讲解】 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。 是个定值，是个变值,即用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。 几种常见家用电器的额定功率 用电器 29寸彩电 电熨斗 电冰箱 微波炉 台灯 额定电压/V 220 220 220 220 220 额定功率/W ～150 300～800 100～150 800～1200 40～60 【新课讲解】 二、焦耳定律 思考：电流做功，究竟电能会转化为哪种形式的能量？ 电能→内能 电能→机械能 电能→化学能 当电流只通过纯电阻电路时，电流做功就会全部把电能转化为内能。 光能 内能 内能 我们把导体通电时产生热量的现象，称为电流的热效应。 【新课讲解】 　　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 【新课讲解】 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。 【新课讲解】 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？ 【新课讲解】 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＝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？ 【新课讲解】 热功率： (1)单位时间内导体的发热量叫作热功率； (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 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，电路中的能量又该如何转化呢？ 【新课讲解】 纯电阻电路和非纯电阻电路 纯电阻电路：如电炉、白炽灯等 ，电流所做的电功与产生的热量相等，即 W = = UIt = I 2 R t，电能完全转化为内能 非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等其他转换能量的装置 ，电能除部分转化为内能外，还要转化为机械能、化学能等。这时，电功应利用公式 W = UIt = I 2 Rt + E 其他 计算，产生的电热用 = I 2 R t 计算，二者已不再相等。 【新课讲解】 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 电路中的能量转化 【新课讲解】 焦耳，英国物理学家。 18 世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，一直没有办法解决热和功的关系问题，是焦耳为这一问题的最终解决指明了道路。 1840 年，焦耳通过实验发现，导体在一定时间内产生的 热量与导体的电阻及电流的二次方之积成正比。四年之后， 俄国物理学家楞次公布了他做的大量实验结果，进一步验证 了该结论的正确性。因此，该结论也称为焦耳—楞次定律。 焦 耳 科学书屋 【新课讲解】 1843 年，焦耳又设计了一个实验：将一个小线圈绕在铁芯上，当铁芯磁场发生变化时，小线圈产生感应电流，用电流计测量线圈电流，把线圈放在装水的容器中，测量水温以计算热量。这个电路是完全封闭的，没有外界电源供电，水温的升高只是电能转化为内能的结果，整个过程不存在“ 热质 ”的转移。这一实验结果完全否定了“ 热质说 ”。 后人为了纪念焦耳，把功和能的单位命名为焦耳。 【新课讲解】 1.电流热效应的应用 如电饭锅、电熨斗、电暖器等(如图)都是利用电流的热效应工作的。 身边的电热 电暖器 电饭煲 电热水壶 【新课讲解】 2.电流热效应的危害 如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热降低了电能的传输效率，如果电流过大，散热不好，还可能烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。 笔记本电脑通过安装风扇散热 手机利用铜片等散热 大数据基地的散热装备 【新课讲解】 电阻焊就是在被焊接的金属接触面上通过电流，利用接触电阻产生的热量得到适合焊接的高温，对接触面进行焊接的。 【课堂练习】 发电站输出功率为P，输电电压为U，输电线路的总电阻为R，则用户得到的功率为( ) A.P B. C. D. B 【课堂练习】 答案：B 解析：输电线路上的电流由 可得： 输电线上消耗的功率为： 用户得到的功率为： A.P与分析不符，故A错误。 B. 与分析相符，故B正确。 C. 与分析不符，故C错误。 D. 与分析不符，故D错误 【课堂练习】 A为“220 V 100 W”的灯泡，B为“220 V 40 W”的白炽灯泡.现将两盏灯泡串联接在220V的电源两端，（设灯丝的电阻不随温度改变）两灯实际功率分别为 、 ，各灯通过的电流为 ，两端电压为 .则下列正确的为( ) A. B. C. D. B 【课堂练习】 答案：B 解析：A、串联电路电流处处相等，故A错误； B、根据 ，可知B的电阻大于A的电阻，根据串联电流处处相等，根据 知实际功率B的大，故B正确； CD、串联电路电流处处相等，电压与电阻成正比，A的电压小于B的电压，故CD错误； 【课堂练习】 下列选项对公式认识正确的是( ) A.公式 ，只适用于真空中点电荷产生的电场 B.公式 ，只适用于纯电阻电路的电热的计算 C.由电动势公式 可知，电源通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能，非静电力做功本领越强的电源，电动势越大 D.由公式 可知，磁感应强度与电流元所受磁场力大小成正比 C 【课堂练习】 答案：C 解析：A. 是电场强度的定义式，适用于任何电场，A错误； B.公式 ，适用于所有电路电热的计算，B错误； C.电源通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能，电动势物理意义是描述非静电力做功本领，非静电力做功本领越强的电源，电动势越大，C正确； D.公式 利用的是比值定义法，磁感应强度与电流元及所受电场力无关，由磁场本身的性质决定，故D错误。 【教考衔接】 1．如图所示，四个完全相同的灯泡，亮度最高的是(      ) A. B. C. D. 【教考衔接】 1．答案：A 解析：灯泡的亮度取决于灯泡消耗的电功率，消耗的电功率越大，灯泡越亮。由电路图可知，灯泡 位于干路上，即流过灯泡，的电流最大，又四个灯泡完全相同，结合公式 可知灯泡 消耗的电功率最大，灯泡 的亮度最高，A正确，BCD错误。 【教考衔接】 2．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. 【教考衔接】 2．答案：A 解析： 【课堂总结】 ① 电功与电热 （1）电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功. （2）电功： . （3）电功率： . ② 焦耳定律 （1）公式： （2）适用条件：适用于任何电路 谢谢观看 $