12.1 电路中的能量转化 学案

12.1 电路中的能量转化
【学习目标】
通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中相关现象。
2.从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。
3.联系生活中的电风扇、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。
【探究主题】
探究主题1、电功和电功率
我们知道，在电路中使用不同的用电器，往往会有不同的能量转化。回顾生活中用过的用电器，说明用电器将电能转化成怎样的能量？
1. 功是能量转化的量度，思考并说明：用电器将电能转化为其它形式的过程中，是什么力做功实现的呢？
如图，在一段电路中，电路两端电压为U，在t时间内，定向移动电荷量为q，则移动电荷电场力做多少功？若电路中的电流为I，又可以怎样表示电场力做功？
※典例分析
【例1】当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J．为在相同时间内使0.6 C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　)
A．3 V　1.8 J B．3 V　3.6 J C．6 V　1.8 J D．6 V　3.6 J
探究主题2、焦耳定律
能量在转化或转移的过程中是守恒的。在电路中，通过电流做功将电能转化为其它形式的能。若电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能转化为什么能量？
设电阻为R的电热元件两端电压为U、通过元件的电流为I，则（1）在时间t内电流做的功W 产生的电热Q （2）W、Q大小上有怎样关系 （3）通过两者的关系，你会有怎样的推论
电流通过导体发热的功率如何求解？在求解电热的表达式中，是否对任何电路都可以适用呢？
【例2】电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。如图所示是电饭锅的电路图， R1是电阻，R2是加热用的电阻丝。
（1）自动开关S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？说明理由。
（2）要使电饭锅在保温状态下的功率是加热状态的一半，R1 、R2应该是多少？
【例3】如图所示为某两个电阻的U－I图像，则电阻之比R1∶R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是(　　)
A．2∶1　2∶1　1∶2 B．2∶1　1∶2　2∶1
C．1∶2　1∶2　2∶1 D．1∶2　2∶1　1∶2
【例4】有一台标称值为“220 V，50 W”的电风扇，其线圈电阻为0.4 Ω，在它正常工作时，下列求其每分钟产生的电热的四种解法中正确的是(　　)
A．I＝＝ A，Q＝UIt＝3000 J B．Q＝Pt＝3000 J
C．I＝＝ A，Q＝I2Rt≈1.24 J D．Q＝t＝×60 J＝7.26×106 J
探究主题3、电路中的能量转化
当电流通过纯电阻元件时，电能完全转化为热能。但有些电路中除含有电阻外还含有其它负载，如电动机。以含电动机的电风扇为例，研究电路中的能量转化。思考：当电路中接入电风扇，电动机正常运行。电路中有怎样的能量转化？能量间又有怎样的关系？
通过对非纯电阻电路的分析，说明：欧姆定律适用于非纯电阻电路吗？
【例5】如图2所示，直流电动机M的线圈电阻为r，接入电压恒为U的电源时，电动机正常工作，此时电动机中通过的电流为I、消耗的电功率为P、线圈电阻的发热功率为P热、输出的机械功率为P出．则下列关系式正确的是(　　)
A．I＝ B．P＝UI＋I2r
C．P热＝ D．P出＝UI－I2r
【例6】(多选)如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图．电动机内电阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V．(g取10 m/s2)下列说法正确的是(　　)
A．通过电动机的电流为137.5 A
B．输入电动机的电功率为550 W
C．电动机输出的机械功率为20 W
D．若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，重物的质量为53 kg