12.1.1 电路中的能量转化 课件（28张PPT）

(共28张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
第1节 电路中的能量转化
思考并回答问题。
思考：.下面是某型号电冰箱的铭牌：
型号 额定电压
星级标志 额定频率
气候类型 输入总功率
防触电保护类别 Ⅰ类 额定耗电量
总有效容积 噪声
冷冻室有效容积 冷冻能力
发泡剂 环戊烷 额定输入电流
重量 制冷剂
续表
（1） 该冰箱正常工作时的额定功率是多少？
[答案] 。
（2） 冰箱正常工作一天大约耗电多少？
[答案] 。
（3） 如果要设计更节能的冰箱，可以从哪些方面入手？
[答案] 使用更好的隔热材料制作箱体，提高压缩机的效率，使用制冷效率更高的制冷剂，冰箱分区设计等。
正确的打“√”，错误的打“×”。
（1） 电流做功的实质就是静电力对电荷做功。( )
√
（2） 根据 可导出 ,该公式适用于任何用电器。( )
×
（3） 电动机消耗的电能,一定大于电动机输出的机械能。( )
√
（4） 电流通过电解槽时,电功等于电热。( )
×
（5） 电热 仅适用于纯电阻电路焦耳热的计算。( )
×
第1课时 电功、电功率及焦耳定律
任务1 电功和电功率的定义
情境引入
如图，两个热水器，分别标有“ ”和“ ”的字样，这是指它们的额定功率。我们来寻找教室内空调、日光灯、电风扇、电脑等用电器的铭牌，看看它们所标注的额定功率。
问题引领
1.用电器通电后，可以将电能转化为其他形式的能量。根据我们的生活经验和所见所闻列举常见的用电器，并说明该用电器将电能主要转化成什么能。
[答案] 电灯，把电能转化为光能；电热毯、电熨斗、电饭煲、电热水器，把电能转化为内能（热能）；电动机，把电能转化为机械能；音响，把电能转化为声能；电解槽，把电能转化为化学能，等等。
2.如图所示，一段电路两端的电压为 ，电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，形成电流 。则在时间 内，通过这段电路上任一横截面的电荷量 为多少？在这个过程中，静电力做了多少功？
[答案] 时间 内通过这段电路上任一横截面的电荷量 ，在这个过程中，静电力做功 。
3.电流做功不仅有多少，而且还有快慢，那么如何描述电流做功的快慢呢？用电器铭牌上所标的功率有何意义？
[答案] 可以用单位时间内电流所做的功，即电功率表示做功的快慢。表达式: 。用电器铭牌上所标的功率指的是用电器的额定功率，即用电器能长时间正常工作时的最大功率，用电器实际工作时，其功率一般小于或等于额定功率。
知识生成
1.电功
（1） 概念：①_________在电荷移动过程中对电荷所做的功。
电场力
（2） 公式： ②______ ③______。


（3） 单位：④_______，符号 。
（4）说明：
.从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
.从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。
.电功 ,对任何电路都适用。
焦耳
2.电功率
（1） 物理意义：表示电流做功⑤_______的物理量。
快慢
（2） 定义：电流所做的⑥_____与做这些功所用⑦_______的比值。
功
时间
（3） 公式： ⑧_____。

（4） 单位：⑨_______，符号⑩_____。
瓦特

（5） 说明：
.电功率 _____,对任何电路都适用。
.额定功率和实际功率
额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。
实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。

应用探究
[活动1]电功率公式的变形应用
例1 一浴霸的额定功率 、额定电压 。问该浴霸在正常工作时,通过的电流有多大？如果连续正常工作 ,消耗多少电能？
[答案]
[解析] 设浴霸正常工作时电流为 ,则根据电功率的公式 ,可得

浴霸连续正常工作时间 ,消耗电能
。
精要分析 电流可由 求解,消耗的电能即为这段时间电流做的电功。
[活动2]从铭牌中获取信息
例2 移动电源,也叫“充电宝”,常采用锂电芯,能为手机、平板计算机等设备供电,但使用不当可能会造成过充、短路等安全隐患。出于安全原因,中国民航总局规定当移动电源的能量不超过 才可在乘机时随身携带。某移动电源的铭牌如表所示。
输入
输出
容量
转换率
（1） 通过计算,判断乘客在乘机时是否能随身携带该移动电源。
[答案] 能（计算过程见解析）
[解析] 充满电后,该移动电源的电能
则乘客在乘机时能随身携带该移动电源。
（2） 该移动电源在充满电的情况下,能为一个“ ”的 风扇供电多长时间？
[答案]
[解析] “ ”说明 风扇的额定功率为 ,额定电流为
由能量转化来计算时间,则 ,因为
解得 。
分析问题.（1） 和 分别是什么单位？
（2）怎么解读“ ”？
[答案] （1） 【提示】 是电能的单位, 是电荷量的单位。（2）“ ”说明 风扇的额定功率为 ,额定电流为 。
任务2 焦耳定律的推导及应用
情境引入
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，阅读课本中“焦耳定律”标题下的内容，你就可以了解其中的奥秘。
问题引领
1.电饭锅、电热水壶、电熨斗、电烙铁、电炉等用电器的工作元件其实都是一段电阻丝，它们工作时有什么共同特征？
[答案] 这些用电器工作时都遵循欧姆定律，都是把电能转化为内能。
2.电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？有什么关系？
[答案] 用电器工作时，如果把所有电能都转化为内能，则有 ，可见，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。
3.反映电流发热快慢的热功率表达式是什么？热功率与电功率有什么关系？
[答案] 热功率是指用电器在单位时间内产生的热量，即 ，电功率则是指用电器在单位时间内消耗的电能，即 ，只有当用电器把所有电能都转化为内能时，才有 。
知识生成
1.焦耳定律
（1） 内容：电流通过导体产生的热量跟 _______的二次方成正比，跟 _____________成正比，跟通电时间成正比。
电流
导体的电阻
（2） 公式： _______。

（3） 单位： ____。

2.热功率
（1）概念：导体通电时所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值。
（2）公式： ______。

应用探究
[活动1]公式的适用条件讨论
在力学和电学的学习中,已经知道功率的多种表达式,简要说明下述表达式的含义及其适用范围：
① ② ③ ④ ⑤
[答案] ①功率的定义式,适用于所有功的平均功率的计算；②适用于力学中瞬时功率的计算；③适用于所有电功率的计算；④适用于所有电阻发热功率的计算；⑤适用于纯电阻发热功率的计算。
[活动2]影响电路发热功率的因素
例3 图是饮水机的工作电路简化图, 是温控开关,当水温升高到一定温度时,它会自动切换,使饮水机处于保温状态, 是饮水机加热管电阻, 是与加热管串联的电阻。表格是从其说明书中摘录的一些技术数据。不考虑 、 的电阻受温度变化的影响,表中的功率均指加热管的功率。下列关于饮水机的工作状态的说法正确的是( @39@ )。
D
稳定电压
频率
加热功率
保温功率
A.当 闭合时饮水机处于加热状态,
B.当 闭合时饮水机处于加热状态,
C.当 断开时饮水机处于保温状态,
D.当 断开时饮水机处于保温状态,
[解析] 由电功率公式 和 可知,在电压不变的条件下,电阻越小，电流越大,功率越大。电源电压不变,当 断开时, 与 串联；当 闭合时,只有 接入电路中,电路中的电阻变小,总功率变大,因而开关 闭合时是加热状态；利用公式 ,知 ；当 断开时, 与 串联,饮水机处于保温状态, 。综上分析可知,D项正确。
分析问题.电压一定时,要得到大的热功率,是用大电阻还是小电阻？
【提示】小电阻。
1.（任务1）下列情况中，能判定电路两端电压为 的是( @42@ )。
A.每通过 的电荷量，电流做功为 B.通电时间为 时，通过的电荷量为
C.通电时间为 时，电流做功为 D.每通过 的电荷量，电流做功为
A
[解析] 根据 ，无法求出 、 中电路两端的电压， 、 两项错误。通过A项中的已知条件可以得出此电路两端的电压为 ，通过D项中的已知条件可以得出此电路两端的电压为 。
2.（任务1）如图所示，这是一种服务型机器人，其额定功率为 ，额定工作电压为 ，机器人的锂电池容量为 。则下列说法正确的是( @44@ )。
A.额定工作电流为 B.充满电后最长工作时间为
C.电池充满电后总电量为 D.以额定电流工作时每秒消耗能量为
C
[解析] 由 得，额定工作电流 ， 项错误；充满电后最长工作时间 ，B项错误；电池充满电后总电量 ， 项正确；额定电流工作时每秒消耗能量 ，D项错误。
3.（任务2）电烙铁通电一段时间后，会变得很烫，而连接电烙铁的导线却不怎么热，其主要原因是( @46@ )。
A.导线有绝缘皮，隔热效果好 B.导线较长，散热比电烙铁快
C.导线的电阻远小于电烙铁的电阻 D.通过导线的电流小于通过电烙铁的电流
C
[解析] 由热功率 可知，电烙铁和导线串联，电流相等，导线的电阻远小于电烙铁的电阻，故电烙铁很烫而导线不怎么热，C项正确。
4.（任务2）如图1所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间内,充电宝的输出电压 、输出电流 ,可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻 ,则 内( @48@ )。
A.充电宝输出的电功率为 B.充电宝产生的热功率为
C.充电宝输出的电功为 D.手机电池产生的焦耳热为
C
[解析] 充电宝输出的电功率 , 项错误；充电宝的内阻未知,所以产生的热功率无法确定,B项错误；充电宝输出的电功 , 项正确；手机电池产生的焦耳热 , 项错误。