人教版（2019）高中物理必修三 12.1 电路中的能量转化 课件(共21张PPT)

(共21张PPT)
第十二章　电能　能量守恒定律
1.电路中的能量转化
学习目标
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。
情景引入
现代生活中到处可见用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？
自学感知 梳理教材夯实基础
一、电功和电功率
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。结果电荷的________减少，其他形式的能增加。
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＝__________。
电流
恒定电场
乘积
UIt
电势能
自学感知 梳理教材夯实基础
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
自学感知 梳理教材夯实基础
二、焦耳定律
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＝________。
正比
正比
I2Rt
I2R
自学感知 梳理教材夯实基础
三、电路中的能量转化
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＝____________。而P电= _____, P热＝_____。若忽略电动机转子与轴承的摩擦和空气阻力的能量损失，则有：
P损=____; 故：UI = P机＋ I2R
3．电池充电时能量转化关系：电能转化为________能和内能。
内能
P机＋P损
化学
UI
I2R
P热
探究解惑 注重过程提高能力
探究一：纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
两种电路比较内容 　　 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器
欧姆定律是否适用 欧姆定律适用,I= 欧姆定律不适用,U>IR或I<
能量转化 电流做功,电能全部转化为内能 电流做功,电能除转化为内能外还要转化为其他形式的能
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
【例1】　规格为“220 V　36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求:
(1)接上220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率。
(2)如果接上220 V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
解析:(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：
I= A≈0.16 A,
发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40 W≈1 W。
转化为机械能的功率为P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为：
I'= A=5.5 A,
电动机消耗的功率即电功率等于热功率:
P电'=P热'=UI'=220×5.5 W=1210 W。
答案:(1)35 W　1 W　(2)1210 W　1210 W
规律总结：电动机电路的分析与计算
探究二：电功、电热、电功率、热功率的比较
探究解惑 注重过程提高能力
　　物理量 比较项　　 电功 电热 电功率 热功率
意义 电流通过导体，静电力做的功，表示消耗电能的多少 电流通过导体产生的热，表示消耗的电能之中有多少转化为内能　　　 描述了单位时间内消耗电能的多少 描述了单位时间内消耗的电能之中有多少转化为内能
探究解惑 注重过程提高能力
　　物理量 比较项　　 电功 电热 电功率 热功率
表达式 非纯 电阻 电路 W＝qU ＝IUt Q＝I2Rt P＝＝IU P′＝
＝I2R
W＞Q P＞P′
纯电阻 电路 W＝qU＝IUt＝I2Rt＝t 即W＝Q P＝IU＝I2R＝ 即P＝P′
例2(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　)
A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
B.W=IUt适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路
C.在非纯电阻电路中,IU>I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
答案:BCD
解析:电功率公式P=,表示电功率越大,电流做功越快。对于一段电路,有P=IU,I=,焦耳热Q=Rt,可见Q与P、U、t都有关,所以P越大,Q不一定越大,A错。W=IUt是电功的定义式,适用于任何电路,而I=只适用于纯电阻电路,B正确。在非纯电阻电路中,电流做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即IU>I2R,C正确。Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路,D正确。
【例3】　有一个电风扇，标有“220 V　50 W”，某电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中正确的是(　　)
A．Q＝ t B．Q＝Pt
C．Q＝·Rt D．以上三种方法均正确
C　
解析: 通过电风扇的电流为I＝，因为电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为Q＝·Rt，而不应该是Q＝ t或Q＝Pt，C正确。
探究解惑 注重过程提高能力
探究三：串、并联电路中电功率与电阻有什么关系 ？
1、串联电路：各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。
2、并联电路：各支路电压相同，根据P＝，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。
3、总功率：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和，即：P总＝P1＋P2＋…＋Pn。
【例4】有额定电压都是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，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是(　　)
　
　A　　　　　　　B　　　　　　C　　　　　　D
C
解析: 若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V，对A电路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B灯将被烧坏；对B电路，UB＞U并，B灯将被烧坏；对C电路，RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以UA可能等于UB，等于110 V，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200 W；对D电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有UA＝UB＝U并＝110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280 W。综上可知，C正确。
课堂小结