物理人教版2019必修第三册12.1 电路中的能量转化（共29张ppt）

(共29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
引入新课
提问：电能转换成其他形式的能是如何实现的？
通过电场力做功的形式实现的做功是能量转化的量度。
问题探究
设置如图所示电路，闭合开关之后，小灯泡发光。回路中，电荷定向移动，形成电流，电流方向为A-C-D-E-F-B
截取导线DE中一小部分进行研究，导线中的电场如图所示：
电子在电场力的作用下由E向D移动，电场力对电荷做正功，电势能减少，其他形式能增加。
由此可见，电能转化成其他形式的能是电场力对电荷做功实现的。（我们也称，通过电流做功实现的）
1．（1）电功定义：
在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功．
（3）单位：焦（J）
常用单位有千瓦时（kW·h）.
　1kW·h＝3.6×106J
探究结论
（2）公式 W = UQ = UIt
如图所示，电路两端电压为U，电路中电流为I，在时间t内通过导体任意横截面的电荷量为：
则静电力对电荷做功，由W=qU可得W=UIt
电流做功的表达式（电功表达式）
2．（1）电功率：单位时间内电流所做的功
（3）物理意义：电功率表示电流做功的快慢．
（4）单位：瓦（W） 常用单位：千瓦（kW）．
　1kW＝103W
（5）测量方法：电能表
（2）表达式：
P=UI
W=UIt
（适用于一切电路）
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。（ ）
全部将电能转化成内能，没有转化其他能量。
根据不同的用电器可知，电能转化为不同形式的能。
这些用电器消耗电能的方式主要是依靠电阻把电能转化为内能，
我们把导体通电时产生热量的现象，称为电流的热效应。
若想求解用电器在导体通电时产生了多少热量，该如何计算？
合作研究
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
合作研究
实验探究
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 ．
3.适用范围：适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路．
纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁、白炽灯等。
非纯电阻电路：电路中含有电动机或有电解槽的电路．
　
探究结论
二、焦耳定律
2．表达式：Q＝I2Rt.
4．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．

探究结论
问题探究
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？
5.额定功率和实际功率
额定功率:用电器在额定电压下工作的功率.
实际功率:用电器在实际电压下工作的功率.
几种常见家用电器的额定功率
用电器
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
6.输入功率和输出功率
输入功率:用电器输入端的电压与输入电流之积.
输出功率:用电器输出端的电压与输出电流之积.
三、电路中的能量转化
电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。
1.电动机把电能转化为机械能
2.电解槽把电能转化为化学能
3.电热器把电能转化为内能
纯电阻电路:
电能 → 内能
Q
I2Rt
W
IUt
=
I=U/R
M
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
纯电阻电路:
非纯电阻电路:
电能 → 内能
电能 → 内能+其它形式的能
Q
I2Rt
W
IUt
=
I=U/R
电功 = 电热:
W=
IUt =
=I2Rt
U2t/R
电功率=热功率：P = I U = U2/R = I2R =P热
W
W 其
Q
IUt
＞ I2Rt
I＜U/R
电功：W= IUt
电热：Q=I2Rt
电功率：P = IU
热功率：P热=I2R
R
M
=Q
思考
2. 判断下列说法的正误
（1）电功率越大，表示电流做功越多。（ ）
（2）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。（ ）
（3）额定功率大的灯泡一定比额定功率小的灯泡亮。（ ）
如图，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率 功率间的关系又如何
①能量变化：
电能W
转化
+内能Q
机械能
（损失的能量）
P电 = P机 + P损
②功率变化：
P损 = P热
P电 = P机 + P热
四、常见非纯电阻电路：含有电动机的电路
四、常见非纯电阻电路：基本知识点
1、电动机中的几个功率
（1）电动机消耗的功率（也称总功率或输入功率），用P电表示，P电=UI
（2）电动机对外做功输出的功率（也称输出功率或机械功率），用P机表示，P机=Fv
（3）电动机线圈发热的功率（也称热功率或损失功率），用P热表示，P热=I2R，R为电动机线圈的电阻
2、功率关系：P电=P机＋P热
3、效率：
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
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
电路中含有电动机，欧姆定律不成立
可先计算电阻R的电流，即可得电动机的电流
电动机的输入功率可用电动机的输入电压和输入电流计算
焦耳定律对于电动机同样适用

课堂小结
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、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
2、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
3、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
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。
4、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