物理人教版（2019）必修第三册12.1 电路中的能量转化（共32张ppt）

(共32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
课堂引入
现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动车等。
那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？
W=qU
q=It
电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。
一、电功和电功率
1.电功
（1）定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。
（2）表达式：W = qU= UIt
W=UIt
适用一切电路
（3）单位：焦（J）
常用单位有千瓦时（kW·h）.
（4）意义：量度电能转化为其它形式的能的多少。
电能表
不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
2.电功率
（1）定义：单位时间内电流所做的功
（3）标量,单位换算：
W (1kW=103W)
（4）测量方法：
电压表和电流表
意义
比值定义法
适用一切电路
一、电功和电功率

几种常见家用电器的额定功率
用电路
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
一、电功和电功率
额定功率:用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）
实际电压:用电器实际工作时的电压
实际功率:用电器在实际电压下的功率
额定电压:用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）
思考
1. 判断下列说法的正误
（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转化的过程。（ ）
（3）电功率越大，表示电流做功越多。（ ）
（4）为了不烧坏用电器，用电器的实际功率不能大于其额定功率。（ ）
（5）额定功率大的灯泡一定比额定功率小的灯泡亮。（ ）
电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
问题：
实验：
英国物理学家焦耳做了大量实验，并得出结论：导体产生的热量与导体电阻、通过导体的电流、通电时间有关。
英国著名物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
理论：
W=UIt
U=IR
Q＝I2Rt
1．内容：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积 ．
2．表达式：Q＝I2Rt.
二、焦耳定律
3．热功率：
①单位时间内导体的发热量叫做热功率．
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．
焦耳定律的微观解释
电流通过导体时，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高。

问题：
电功率和热功率都反映做功的快慢，二者意义是否相同？在纯电阻电路中电功和电功率的关系如何？在非纯电阻电路中电功和电功率的关系如何？
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
1、纯电阻电路:
电能 → 内能
Q
I2Rt
W
IUt
=
I=U/R
M
2、非纯电阻电路:
电能 → 内能+其它形式的能
W
W其
Q
IUt
I2Rt
I＜U/R
说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路！
＞
指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!
指转化为内能的那部分电能!
R
三、电路中的能量转化
1、纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件．服从欧姆定律
2、非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽 在发生化学反应的电路． 不服从欧姆定律。
W＝Q UIt＝ I2Rt
P电＝P热 UI＝ I2R
W>Q UIt > I2Rt
P电>P热 UI > I2R
三、电路中的能量转化
例1：规格为“220V，1000W”的电炉，求：
（1）电炉正常工作时，通过电阻丝的电流
（2） 电炉的电阻
(2)电炉的电阻：
R=U额2/P额 =2202/1000Ω =48.4Ω
典例分析
电功率的计算式P=UI

解： (1)由P=UI知，电炉正常工作时：I额=P额/U额 =1000/220A ≈4.5A
　　1.一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量
针对训练

根据焦耳定律可计算热量：Q=I2Rt=6480J
例2. 如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻RM＝0.6 Ω，R＝10 Ω，U＝160 V，电压表的读数为110 V．则：
(1)通过电动机的电流是多少？
(2)输入到电动机的电功率是多少？
(3)电动机工作1 h所产生的热量是多少？
典例分析

变式：某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R。（g=10m/s2）。
v
U=110V
【解析】由 P电= P热+ P机
机械功率：
P=mgv=50×10×0.9=450W
电功率：
P电=UI=110×5=550W
热功率：P热=P电-P机=550-450=100W
由：P热=I2R=100W
故，电动机线圈的电阻为4Ω。
得R=4Ω
2. 一台电动机内阻为1 Ω，接到120 V的电源上．当电动机工作时，电流为10 A．问：
(1)电动机输入功率是多少？
(2)电动机发热功率是多少？
(3)输出的机械功率是多少？
解析： (1)输入功率P电＝UI＝120×10 W＝1 200 W.
(2)发热功率P热＝I2r＝102×1 W＝100 W.
(3)机械功率P机＝P电－P热＝1 200 W－100 W＝1 100 W.
答案： (1)1 200 W　(2)100 W　(3)1 100 W
针对训练
由输入电压和输入电流可计算输入功率
发热功率等于I2Rt
输出功率等于输入电流减去发热功率
无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，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。
规律总结：
《思维导图·电势能和电势》
课堂小结
电路中的
能量转化
电功率
P=UI
做功的快慢
电功
W=UIt
（适用于一切电路）
焦耳定律
电热：Q=I2Rt
热功率：P热=I2R
课堂练习

额定功率相同，用P=I2R分析电流与电阻的关系

课堂练习
2.如下图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1∶R2∶R3是(　　)
A．1∶1∶1 B．4∶1∶1
C．1∶4∶4 D．1∶2∶2

课堂练习

适用于任何电路
计算出的是总功
计算出的是总功
对于非纯电阻电路，该式不成立
1、一个电炉额定电压为220V，额定功率为800W，如果接入110V电路中，实际消耗的功率为多大
200W
牛刀小试
2、下图所示的电路中，三电阻串联，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则 P1：P2：P3等于( )
A、2：3：6 B、6：3：2
C、1：2：3 D、3：2：1
R1
R2
R3
在串联电路中，功率跟电阻成正比。
A
牛刀小试
在并联电路中，功率跟电阻成反比。
3、下图所示的电路中，三电阻并联，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则 P1：P2：P3等于( )
A、2：3：6 B、6：3：2
C、1：2：3 D、3：2：1
D
牛刀小试
4、如图，已知R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为_________。
1∶2∶6
牛刀小试
5、在电阻上除了标明电阻值，还标明额定功率值，这是它工作时允许消耗的最大功率，超过这个功率，电阻器就会被烧坏。现有一个“100Ω 4W”的电阻器，允许通过这个电阻器的最大电流为多大？允许加在这个电阻器两端的电压为多大？
0.2A;20V
牛刀小试
6、有人用一个“100Ω，4W”的电阻和一个“50Ω，8W”的电阻串联，作为150Ω电阻使用，则该 150Ω电阻允许通过的最大电流为____；能承受的最大电压为_____；额定功率为 。
0.2A;30V;6W
牛刀小试
7、如图所示，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W”和“110V，100W”字样，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？
B
L1
L2
L1
L1
L1
L2
L2
L2
A B C D
牛刀小试
8、电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温,又不会把饭烧焦的家用电器.如图,它的电路由控制部分AB和工作部分BC组成.K1是限温开关,手动闭合,当温度达到1030C时自动断开,不能自动闭合.K2是自动开关,当温度超过800C时自动断开,温度低于700C时自动闭合.R2是限流电阻,阻值2140Ω, R是工作电阻,阻值60Ω.锅中放好适量的米和水,插上电源(220V,50Hz),手动闭合K1后,电饭锅就能自动煮好米饭并保温.
(1)简述手动闭合K1后,电饭锅加热、保温过程的工作原理.
(2)加热过程电饭锅消耗的电功率P1是多大
K1,K2都断开时电饭锅消耗的电功率P2是多大
(3)若插上电源后没有手动闭合K1,能煮熟饭吗
为什么
K1
K2
R
A
B
C
D
牛刀小试
非纯电阻电路中计算电功率
只能用P=UI， 热功率只能用P热=I2R
所以 正确的是 （C）
　　9、加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为( )
　 A．P 　 B．U2/r 　　
C．P2r/U2 D．P-P2r/U2
C
牛刀小试
课堂小结