新教材高中物理第12章电能能量守恒定律1电路中的能量转化课件新人教版必修第三册（48张PPT）

(共48张PPT)
第十二章　电能　能量守恒定律
1．电路中的能量转化
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。
2．理解电热和电热功率，关注焦耳定律在生产、生活中的应用。
3．从能量转化和守恒的角度理解电功和电热的区别。
【学习目标】
【思维脉络】
课前预习反馈
1．电能转化为其他形式的能，是通过_______做功来实现的。
2．电流做功的实质：导体中的___________对自由电荷的静电力在做功。
3．静电力的功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的_______。即W＝______。
知识点 1
电功和电功率
电流　
恒定电场　
乘积　
UIt　
4．电功率
(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电_______之比。
(2)定义式：P＝_____。
(3)电功率表达式：P＝_____。
(4)单位：电功的单位是_______(J)，电功率的单位是_______(W)。
时间　
UI　
焦耳　
瓦特　
1．焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成_______，跟导体的电阻及通电时间成_______。即Q＝_______。
2．热功率：电流通过导体发热的功率P热＝______。
知识点 2
焦耳定律
正比　
正比　
I2Rt　
I2R　
1．电动机工作时能量转化关系：电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为_______。
2．功率关系：P电＝________。
3．电池充电时能量转化关系：电能转化为_______能和内能。
知识点 3
电路中的能量转化
内能　
P机＋P热　
化学　
预习自测
『判一判』
(1)电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能。 (　　)
(2)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。 (　　)
(3)电功率越大，表示电流做功越多。 (　　)
(4)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路。 (　　)
×　
√　
×　
√　
×　
『选一选』
如图所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是 (　　)
C　
解析：家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确。
『想一想』
家用白炽灯泡的灯丝是由弹簧形状的钨丝制成的。下列三幅漫画生动地描绘了一位学生的经历，下图中坏的灯泡“比原来更亮”的原因是什么？
课内互动探究
用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？
提示：通电导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻要大得多。由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。
串、并联电路中电功率的分析与计算
情景导入
探究
一
要点提炼
3．结论
无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。
(1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比关系还是反比关系。
(2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。
特别提醒
(2021·广东省惠州市高二上学期期末)额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个 (　　)
典例1
典例剖析
C　
思路引导：由于题目电压已定，取最小电流功率最小，但需保证用电器都正常工作。
解析：电路要正常工作且消耗功率最小，则P总＝U总I总可知I总越小越好，但不能小于A的额定电流，故A可在干路中而B所需电流要小，可并联电阻分流从而得到正常工作的最小电流及最小功率，故选C。
1．(2021·吉林省吉林二中高二上月考)在高速公路隧道内两侧的电灯泡不易更换，为了延长电灯泡的使用寿命，一个接口处通常安装两个完全相同的灯泡，在考虑温度对电阻影响的情况下，下列说法正确的是
(　　)
A．两个灯泡串联
B．两个灯泡并联
C．每个灯泡实际消耗的功率是其额定功率的四分之一
D．每个灯泡实际消耗的功率小于其额定功率的四分之一
A　
如图电风扇和电熨斗都是通过电流做功进行工作的电器。请思考：
(1)电风扇工作时，将电能主要转化为什么能？
(2)电熨斗工作时，将电能主要转化为什么能？
提示：(1)机械能　(2)热能
纯电阻电路与非纯电阻电路
情景导入
探究
二
1．两种电路的比较
要点提炼
2．电功、电热、电功率、热功率的比较
【注意】(1)正确识别纯电阻电路与非纯电阻电路，明确各公式的适用条件及电功和电热的关系。
(2)电动机电路不是纯电阻电路，但被卡住时则为纯电阻电路。欧姆定律只适用于纯电阻电路。
规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
(1)接上220 V电压后， 排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。
思路引导：审题时应把握以下三点：
(1)发热功率为P热＝I2R。
(2)机械能的功率为：P机＝P电－P热。
(3)电动机不转动时，可理解为纯电阻。
典例 2
典例剖析
答案：(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
【归纳】(1)对于非纯电阻电路(如电动机)，总功率P总＝IU，电热功率P热＝I2R，通常机械功率从能量守恒定律得出P机＝P总－P热。
(2)电动机输出的机械功率还可以用P机＝F牵v求得。
(3)流过电动机的电流是解题的关键，但整体不能用欧姆定律求解，通常要用电路规律间接求解。
2．(多选)(2021·新疆实验中学高二第一学期期末)如图所示，定值电阻R＝20 Ω，电动机线圈的电阻R0＝1.0 Ω，当开关S断开时，电流表的示数是1.0 A。当开关S闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数为2.0 A。则 (　　)
A．电路电压为20 V
B．电路的发热功率为20 W
C．电动机的输出功率为19 W
D．电动机的效率是95%
对点训练
ACD　
核心素养提升
1．非纯电阻电路两端所加电压U1与其电阻部分的电压U2不等，U1＞U2。
2．不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，其功率P＝UI恒成立，P热＝I2R也恒成立，但在非纯电阻电路中，P＞P热，不能用错公式。
3．为避免错误，可以从能量转化与守恒的角度进行判断，不要盲目下结论。
4．当电动机不转时(刚启动或被卡住)时电动机所在电路为纯电阻电路，满足欧姆定律。此时的电流是电动机的最大电流。
误区警示
案例
A　
错解：B或C或D
错因分析：错解B：不清楚在非纯电阻电路中公式U＝IR不再成立，错选B项；错解C：由W＝IUt判断出W1＝W2，考虑到电动机有机械能输出，由能量的转化与守恒判断得Q1＞Q2，误认为C正确；错解D：正确判断出U1＜U2后，由W＝IUt得W1＜W2，由Q＝IUt，得Q1＜Q2，错选D项。
正确解答：电动机正常工作时其电路是非纯电阻电路，其两端电压U2＞IR＝U1，B错误；电流做的功W1＝IU1t，W2＝IU2t，因此W1＜W2，C错误；产生的热量由Q＝I2Rt可判断Q1＝Q2，A正确，D错误。
课堂达标检测
1．(2021·宁波诺丁汉大学附属中学高二下学期期中)如图所示，理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R1，它与电热丝的电阻R2串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，电流为I，消耗的电功率为P，则有 (　　)
A．P＜UI　
B．P＝I2(R1＋R2)
C．P＞UI　
D．P＞I2(R1＋R2)
D　
解析：电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该用P＝IU来计算，所以总功率P＝IU，所以AC错误；电吹风机中发热的功率要用I2R来计算，所以总的发热功率为I2(R1＋R2)，吹风机的总功率P＝IU要大于发热部分的功率，所以B错误，D正确。
2．(2021·山东潍坊二中高二上学期质检)有四盏电灯，如图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220 V，100 W”字样，L3和L4都标有“220 V，40 W”字样，把电路接通后，亮度最暗的灯泡是 (　　)
A．L1　
B．L2　
C．L3　
D．L4
解析：根据串联电路的电压分配原则知L2、 L3两端的电压最小，L4两端的电压最大。根据并联电路的电流分配原则知通过L3的电流小于通过L2的电流。由此可知L4最亮，L1次之，L3最暗。选项C正确。
C　
3．(2021·广东省江门市高三模拟)扫地机器人利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，并能根据红外感应绕开障碍物。某扫地机器人正常工作时电动机的电压为10 V、电流为3 A、线圈电阻为1 Ω。则下列有关它的说法正确的是 (　　)
A．正常工作时，电动机的发热功率为100 W
B．正常工作时，电动机的输出功率为9 W
C．正常工作时，电动机的总功率为30 W
D．电动机被杂物卡住无法运转(不考虑保护电
路的作用)时，电动机的热功率为9 W
C　
4．(2021·山东菏泽一中期中考试)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω。当S1闭合，S2、S3断开时，电流表(看成理想电流表)A示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表A示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表A示数为4 A。求：
(1)电炉的电阻及发热功率；
(2)电动机的内阻；
(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为
多少？