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中物理
第十二章 电能 能量守恒定律
第1节 电路中的能量转化
电源电流电阻电路
电流强度
串联电路
并联电路
推磨
形成持续电流条件
I=q/t I=nqsv
I相等 R = R1 + R2 U1+U2=U
U相等 I= I1+ I2
电路中有电源且电路闭合
电流的方向
正电荷定向移动的方向
导体的电阻
R=U/I R=ρl/S
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、电动汽车等。
课堂引入
那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？
电能转化为其它形式的能，是通过
电流做功来实现的。
一、电功和电功率
电动机通电时把电能转化为机械能；
电热水壶通电时，电能转化为内能；
手机电池充电把电能转化成化学能；
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）意义：量度电能转化为其它形式的能的多少。
（5）标量,单位： J 1kWh=3.6×106J
（6）测量方法：电能表、伏安法等。
一、电功和电功率
（4）决定因素：电功与通过用电器的电量（通过用电器的电流和通电时间）和用电器两端的电压成正比。
1.电功
不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
一、电功和电功率
2.电功率
（1）定义：单位时间内电流所做的功
（2）表达式：
（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
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）
一、电功和电功率
常用电路
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
二、焦耳定律
电流通过某导体产生的热量, 跟
电流的二次方成正比，跟导体
的电阻及通电时间成正比。
二、焦耳定律
电流通过电热水器，电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能。
这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律（Jouleˊs law）。
焦耳
说明：焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。
二、焦耳定律
某同学发现家里的电炖锅上有两个档位，分别是快炖和慢炖，这两个档位的本质区别是什么呢？这位同学说两个档位的电功不同，这种说法正确吗？
二、焦耳定律
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。
二、焦耳定律
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
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？
思考讨论：
三、电路中的能量转化
如果电路中有电动机或者正在充电的电池，那么电能除了转化为内能之外，还转化为机械能和化学能。
只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，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;
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，把电能转化为内能和其它形式的能。
认识两种电路
纯电阻电路：
非纯电阻电路：
三、电路中的能量转化
纯电阻电路:
电能 → 内能
Q
I2Rt
W
IUt
=
I=U/R
非纯电阻电路:
电能 → 内能和其它形式的能
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!
三、电路中的能量转化
R
M
纯电阻电路:
非纯电阻电路:
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
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
三、电路中的能量转化
电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。
三、电路中的能量转化
电动机问题：
三、电路中的能量转化
1．输入功率：电动机的总功率；P总＝UI
2．输出功率：电动机做有用功的功率；
3．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热； P热＝I2r
4．功率关系：P总＝P出＋P热
5．电动机的效率：
三、电路中的能量转化
电动机问题：
两种电路的比较:
拓展学习
电功与电热的计算公式比较:
拓展学习
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。
拓展学习
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
能量
转化
P电=P机+P热
【典例1】（多选）一根电阻丝在通过 2C 的电量时，消耗电能是8J。若在相同时间内通过4C的电量，则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为 （ ）
A．U＝4V B．U=8V
C．E＝16J D．E=32J
典例分析
【正确答案】BD
【典例2】（2021·广东高一期末）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
典例分析
【正确答案】A
R1
R2
R3
在串联电路中，功率跟电阻成正比。
RA
U
RC
RB
RD
【典例3】四个定值电阻连成如图所示的电路。 RA、Rc的规格为"10V 4W”，RB、RD的规格为"10V 2W”。请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由。
A、D串联，根据P=I2R，所以PA
B、C并联，根据
，所以PB又因为IA>IC，根据P=I2R，所以PA>PC；
【答案】PD>PA>PC>PC
典例分析
【解析】
【典例4】 如图所示，A、B两灯额定电压都是110 V，额定功率PA=100 W，PB=40 W，接在220 V电路上使用，使电灯能够正常发光，且电路中消耗电能最小的电路是 ( )
【正确答案】C
典例分析
【解析】A.由于AB两个灯泡的电阻大小不同，所以直接把AB串连接入电路的话，AB的电压不会平分，AB不会同时正常发光，所以A错误；
B.由于额定电压都是110V，额定功率PA＝100W、PB＝40W，由此可知RB＞RA，把灯泡A与电阻并联的话，会使并联的部分的电阻更小，所以AB的电压不会平分，AB不会同时正常发光，所以B错误；
典例分析
C.由于额定电压都是110V，额定功率PA＝100W、PB＝40W，由此可知RB＞RA，把灯泡B与电阻并联的话，可以使并联部分的电阻减小，可能使A与并联部分的电阻相同，所以AB能同时正常发光，并且并联电路消耗的功率与A灯泡的功率相同，所以总功率的大小为200W；
D.把AB并联之后与电阻串连接入电路的话，当电阻的阻值与AB并联的总的电阻相等时，AB就可以正常发光，此时电阻消耗的功率为AB灯泡功率的和，所以电路消耗的总的功率的大小为280W；
典例分析
【正确答案】C
【典例5】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
典例分析
【解析】由 P电= P热+ P机
机械功率：
P机=mgv=50×10×0.9=450W
电功率：
P电=UI=110×5=550W
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
【典例6】如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r＝0.6Ω，R＝10Ω，U＝160V，电压表的读数为110V，求：
（1）通过电动机的电流；
（2）输入到电动机的功率P入；
（3）电动机的发热功率P热，电动机输出的机械功率。
典例分析
典例分析
【解析】（1）电动机和电阻串联，所以电流相等，电阻R两端电压为：
U1＝160V﹣110V＝50V，
得电流为：I=5A；
（2）电动机的电功率为：P＝UI＝110×5W＝550W
（3）电动机的热功率为：P热＝I2R＝52×0.6W＝15W
输出的机械功率为：P出＝550W﹣15W＝535W