物理人教版（2019）必修第三册12.1 电路中的能量转化（共22张ppt）

(共22张PPT)
电路中的能量
从能量角度研究电路
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？
烧水壶通电时，
电能转化为内能；
电动机通电时，
电能主要转化为机械能；
蓄电池充电时，
电能主要转化为化学能。
功是能转化的量度，做功过程伴随着能量变化。
回顾：功和能之间有什么关系？
思考：用电器工作时，电能转化为其他形式能。是什么力做功？
温故知新
电场线向右
电荷向左定向移动
自由电子受电场力向左
电场力做正功
静电力对自由电荷做正功，实现电势能转化为其他形式的能
静电力做功的实质：
静电力对自由电荷做功大小如何？
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，则移动电荷静电力做多少功？若电路中的电流为I，又可以怎样表示静电力做功？
静电力做的功为：
即：
静电力所做功等于这段电路两端电压、电路中电流、通电时间三者的乘积．
1．电功
（3）单位：国际单位制：焦耳 简称 焦（J）常用单位有：千瓦时（kW·h）.日常生活中称“度”
　1kW·h＝3.6×106J
（1）定义：在一段电路中静电力所做的功,也就是通常所说的电流所做的功,简称为电功．
（2）表达式：
（任何电路）
（4）物理意义：电功是电能转化为其他形式能的量度。
一、电功和电功率
2．电功率
（4）物理意义：电功率表示电流做功的快慢．
（3）单位：国际单位制：瓦（W），常用单位：千瓦（kW）．1kW=1000W
电流在一段电路中所做的功与通电时间的比值
（2）表达式：
（任何电路）
（比值定义法）
W=UIt
P=UI
=UI
（1）定义：
3、用电器的额定电压、额定功率、实际功率。
（1）额定电压：表示用电器长时间正常工作时的电压．
（2）额定功率：是用电器长期正常工作时的最大功率
，也就是用电器加上额定电压时消耗的功率．
（2）实际功率：用电器在工作中实际消耗的电功率．
若用电器在额定电压下工作，则P实＝P额
若用电器工作电压不等于额定电压，则P实≠P额．通常情况下，P实4、串、并联电路的功率特点
（1）串联电路
①各电阻电流I相等，根据P=I2R可知，各电阻电功率与电阻成正比.
②总功率P总=U总I=(U1+U2)I=P1+P2
（2）并联电路
①各支路电压U相等，根据P=U2/R可知,各支路电功率与电阻成反比.
②总功率P总=UI总=U(I1+I2)=P1+P2
（3）混联电路：P总=U总I总=(U3+U12)(I1+I2)=P3+P2+P1
（4）结论:无论是串联、并联、混联电路，电路中电阻消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和.
【例题1】额定电压都是110V，额定功率分别为PL1=100W、PL2=40W的两盏电灯，接在外电压为220V的电路上，则下列四个选项所示的电路中，能使每盏电灯均正常发光，且电路中消耗的功率最小的是（ ）
C
电路总功率的求法: P总=U总I=UI总=U总I总=P1+P1+···+Pn
【变式训练】把相同的小灯泡接成如图12-1-3甲、乙所示的电路，调节滑动变阻器使灯泡均正常发光，两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论正确的是( )
A.P甲=3P乙 B.P甲＞3P乙
C.P乙=3P甲 D.P乙＞3P甲
A
通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通 电时间为t，推导电热水器产生的热量表达式。
电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能；即电流在这段电路中的功W等于这段电路中产生的热量Q，所以：
二、焦耳定律
根据欧姆定律可知:U=IR
Q热=W
由于W=UIt
Q=I2Rt
电热的实质：电流做功的时，电流流经金属导体，自由电子与金属中其他电荷或原子发生碰撞，使粒子热运动加剧，温度升高，内能增大。
（1）内容：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．（焦耳定律为实验定律）
（2）公式：Q＝I2Rt.
（3）适用范围：Q=I2Rt是定义式，可求任何电路中电阻R产生的热量
（4）电流热效应的实质：电能通过电流做功转化为内能。
2.热功率
(1)定义:单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率。
(2)表达式:P热=Q热/t=I2R
(3)实质:电能转化为内能的那部分功率。
1.焦耳定律
消耗电能和产生热量相等吗？
电流所做的总功
电吹风机消耗的总电能
电功
W=UIt
只是电能转化为内能的那部分能量
焦耳定律
Q＝I2Rt
W电=UIt＞Q热=I2Rt
电能
机械能
内能
消耗电能大于产生热量，电功率大于热功率
P电=UI＞P热=I2R
U＞IR
三、电路中的能量转化
左边用电器和右边用电器有什么区别？都主要转化为哪些能？
左边全都转化为内能，右面除内能外还有一部分电能转化为机械能。
（1）非纯电阻：电能部分转化为内能还部分转化为其它形式能量的元件。如：电动机，电解槽等。有非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路。
（2）纯电阻：将电能全都转化为内能的电路元件。如：白炽灯、电热丝、被卡住的电动机等。全都由纯电阻元件组成的电路称为纯电阻电路。
2、纯电阻和非纯电阻
3、纯电阻和非纯电阻特点
（1）纯电阻：
①通过电流做功，实现消耗的电能全都转化为内能，W电=UIt=Q热=I2Rt
②电功率等于热功率：P电=UI=P热=I2R
③符合欧姆定律：U=IR
W电=Q热，即UIt=I2Rt=(U2/R)t；P电=P热，即UI=I2R=U2/R
（2）非纯电阻：
①电能转化为内能和其它形式能量，W电=Q热+E其它；W电=UIt＞Q热=I2Rt
②电功率等于热功率：P电=P热+P其它；P电=UI＞P热=I2R
③不符合欧姆定律：U＞IR
W电＞Q热，即(U2/R)t＞UIt＞I2Rt；P电＞P热，即U2/R＞UI＞I2R
(1)输入功率：电动机消耗的总功率
(2)热功率：线圈上电阻的发热功率
P入＝UI
P热＝I2r
P出＝P入-P热=IU－I2r
(3)输出功率：电动机将电能转化为机械能的功率，也称机械功率
4、电动机（非纯电阻元件）的“三个功率和效率”
(4)电动机的效率：
电功与电热的计算公式比较:
纯电阻电路 非纯电阻电路
电功
电热
电功率
热功率
无论纯电阻电路还是非纯电阻电路：
电功都可以用W＝UIt，电功率都可以用P＝UI；
热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R；
若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。
【例题2】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？
P电=P机+P热
P电=UI=220×5W=1100W
P热=I2R=52×0.4W=10W
P机=P电－P热=1100W－10W=1090W
解：
电动机电功率、热功率、机械功率的两种求法：
（1）公式法：P电=UI；P热=I2R；P机=Fv
（2）能量守恒法：P电=P机+P热
【变式训练】规格为“220V 36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：
(1)接上220V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．
答案:（1）35 W　1 W （2）1 210 W　1 210 W
注意：被卡住的电动机为纯电阻, U=IR, P电=P热，P机械=0 ，
此时电流远大于正常工作时电流很大，电功率（即热功率）
远大于正常工作时的电功率。很易烧毁电器。使用电机时
一定要注意检查电机是否正常运转。若被卡住，要及时关闭电源。
热功率求值时先判断电阻性质
（1）纯电阻:P热=UI=I2R=U2/R (2)非纯电阻:P热=I2R
【例题】如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图.电动机内阻r=0.8Ω，电路中另一电阻R=10Ω。直流电压U=160V，电压表示数Uv=110V.
（1）求通过电动机的电流
（2）求输入电动机的电功率
（3）若电动机以v=1m/s的速度匀速竖直向上提升重物，则该重物的质量为多少（g取10m/s2)
答案:（1）5A （2）550 W　(3)53kg
【变式训练】某一用直流电动机提升重物的装置，重物的质量m=50kg，电源电压为120V，当电动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I=5A，g取10m/s2，求
（1）电动机线圈的电阻R
（2）电动机的最大输出机械功率和该重物的最大提升速度
（3）若电动机因故障不能转动，这时通过电动机线圈的电流电动机消耗的电功率
答案:（1）6Ω （2）600 W, 1.2m/s　(3)20A,2400w
谢谢 再见！