物理人教版（2019）必修第三册12.1电路中的能量转化（共25张ppt）

(共25张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
第一节 电路中的能量转化
高中物理人教版（2019）必修第三册
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01
学 习 目 标
02
基础知识整合
03
重难点探究
04
课 堂 检 测
学 习 目 标
1．从能量转化的角度理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。
2．理解焦耳定律的物理意义。
3．理解电功率和热功率。
4．会从能量转化与守恒角度理解电功和电热的区别，会区分纯电阻电路和非纯电阻电路。
【重点】1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质．
2．理解电功率和热功率．
【难点】1．理解电功和电热的区别，会区分纯电阻电路和非纯电阻电路．
2．会从能量转化与守恒角度理解电路中的能量转化．
基础知识整合
（一）电功和电功率
1.电流做功的实质
上图表示一段电路，电荷从左向右定向移动，它们经过这段电路所用的时间记为t。根据已学的知识，在这段时间内通过这段电路任一截面的电荷量为:
电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。自由电荷在静电力的作用下做定向移动，电场力做正功，电荷的电势能减少，转化为其他形式的能，其他形式的能增加。
如果这段电路两端的电势差是U,静电力做的功就是
所以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。
其中，电流、电压和时间的单位分别是安培（A）、伏特（V）和秒（s）,电功的单位为焦耳（J）。
2.电功率
电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫做电功率，用P表示，由，进而得到
P=UI
这个公式表示，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。
其中，电流、电压和电功率的单位分别是安培（A）、伏特（V）和瓦特（W）。
（二）焦耳定律
1.焦耳定律
根据能量转化过程中的守恒，电能可以转化为各种形式的能，电能转化为其它能量的时候，若将电流做功的电能全部转化为内能，此时电路称为纯电阻电路；电流做功的电能转化为内能和其他形式的能，此时电路称为非纯电阻电路。
当计算非纯电阻电路时：W=UIt＞Q
当计算纯电阻电路时：Q=W=UIt
再根据欧姆定律U=IR,可得：Q=Rt
即，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的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，物理学中就把它叫做焦耳定律。
Q=是电热的通用计算式，焦耳定律是通过纯电阻电路推出来的。在纯电阻电路中计算电热还可以用Q=t=UIt
2.发热功率
由于Q=W,所以此时电功率
P==
就是电流通过导体发热的功率
=R
R适用于任何形式的电路求电热功率。纯电阻元件电路中，电热功率还可以用P=UI=来进行计算。
（三）电路中的能量转化
以电动机为例，从能量转化的角度来看，电动机从电源来获取能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。
设电动机的消耗的功率为，电动机对外输出功率为，另外电动机在工作时也会有能量损失，对应的功率为，他们之间满足
=+
若电机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I，
=UI
设电动机线圈的电阻为R，则
=R
电动机的转子与轴承之间存在摩擦，另外还存在空气阻力，但如果忽略这部分能量损失，则有
=
【例】一台电动机，线圈的电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少
分析：本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率、电动机发热的功率和对外做功转化为机械能的功率。三者之间遵从能量守恒定律即
+
解：由焦耳定律可知，电动机发热的功率为
=R=×0.4W=10W
电动机消耗的电功率为
=UI=220×5W=1100W
根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为
=-=1100W-10W=1090W
这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为1090W。
重难点探究
探究点一 电功和电热的关系
探究点二 纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
探究点三 对于含有电动机的电路的分析方法
（1）电动机的能量转化
电动机主要把电能转化为机械能，因其内部电路有电阻，所以也会有内能产生。
（2）在电路中对于电动机的处理
在处理电动机电路问题时，可以把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻与无电阻的线圈串联。电流通过电阻时产生内能，线圈对外做功产生机械能。
（3）电动机的三个功率
输入功率：电动机的总功率，由电动机两端电压和通过他的电流来决定。公式为：=UI。
电热功率：电热及线圈电阻的热功率，由通过电动机的电流和线圈电阻大小决定，公式为=R。
输出功率：电动机有用功的功率。在忽略摩擦等损失的情况下，它等于输入功率与电热功率之差，公式为=-=UI-R。
（4）电动机的效率
效率等于输出功率与输入功率的比值，公式为η=×100%
课 堂 检 测
1.一台电动机的额定电压是220 V，额定电流为5 A，电动机线圈的电阻是0.4Ω。当该电动机正常工作时，每秒产生的热量是( )
A.1100 J B.110 J C.1210 J D.10 J
1.答案：D
解析：额定电流是5 A，线圈电阻是0.4Ω，则电动机每秒产生的热量Q=Rt=×0.4×1J=10J，故选D。
2.（多选）如图所示，电阻=20Ω，电动机的绕组电阻=10Ω.当开关断开时，电流表的示数是I，电路消耗的电功率为P.当开关闭合后，电动机转动起来.若保持电路两端的电压U不变，电流表的示数和电路消耗的电功率应满足( )
A.=3I B.3I C.=3P D.3P