12.1 电路中的能量转化 课件(共26张PPT) 高一物理人教版（2019）必修第三册

(共26张PPT)
第1节 电路中的能量转化
第十二章
能量 能量守恒定律
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、电风扇、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？
1.理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，理解电流做功的实质。
2.理解电功、电功率的概念，掌握焦耳定律，理解热功率的概念。
3.弄清电功和电热、电功率和热功率的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。
4.能从能量的转化和守恒角度理解电路中的能量转化。
知识点一：电功和电功率
电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。
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；
1.电流做功的实质
水在重力作用下，从高处流向低处。水的势能减少，水轮机机械能增加。
→重力做功
水流做功
电荷在静电力作用下，从电势高向电势低移动。电势能减少，其他能量增加。
→静电力做功
电流做功
2.电功
图中表示一段电路，电路两端电压为U，电路中电流大小为I，电荷从左向右定向移动，则在时间t内静电力（电流）做多少功？
静电力做功：
W=UIt
电流表达式：
W=qU　　
q=I t
（适用于一切电路）
电流在一段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I 和通电时间 t 三者的乘积．
（3）国际单位：
1kW·h＝3.6×106J
（1）定义：
（2）表达式：
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．
焦 耳（ J ）
常用单位：千瓦时（kW·h）
（4）测量方式：电能表、伏安法等
3.电功率
思考：不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
这个公式表示，电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的电压U和电流I的乘积。
（3）物理意义：
（4）单位：
1kW＝103W＝106mW=10-3MW
（1）定义：
（2）表达式：
电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。
表示电流做功的快慢．
国际单位瓦（W）
常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）
适用一切电路
（5）额定功率和实际功率
用电器铭牌上所标称的功率是额定功率
用电器在实际电压下工作的功率是实际功率
用电器在额定电压下，实际功率才等于额定功率．
小常识：几种常见家用电器的额定功率
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
跟踪导练
一根电阻丝在t时间内通过2C的电量时，消耗电能是8J。则该电阻丝在t时间内电流所做的功W和该电阻丝两端所加电压U分别为（ ）
A.W=8J
B.W=16J
C.U=4V
D.U=8V
AC
思考：电流做功，究竟电能会转化为哪种形式的能量？
电能→内能
电能→机械能
电能→化学能
当电流只通过纯电阻电路时，电流做功就会全部把电能转化为内能。
光能
内能
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。
知识点二：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。
电功等于电热量（电热）：
Q=W
W=IUt
电功：
欧姆定律：
U=IR
Q=I2 R t
1.焦耳定律：
（2）表达式：Q=I2 R t
（1）内容：电流通过导体时产生的热量Q跟电流I的二次方、跟导体的电阻R及通电时间t成正比。
（适用一切产生电热的电路）
焦耳
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）。
2.热功率
（1）定义：
单位时间内电流通过导体发热的功率叫做热功率．
（2）表达式：
（仅适用产生电热的电路）
W=Q
Q=I2 R t
P热=I2 R
P=
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。
（3）单位：瓦(W)； 千瓦(kW)
P=UI
P=I2R
（一切电流做功的功率）
（专指电流发热的功率）
热功率
总功率
纯电阻电路：
电能W
转化
内能Q
P电=P热
UI=I2 R
思考：区别热功率与电功率。
知识点三：电路中的能量转化
1.纯电阻电路和非纯电阻电路
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。
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。
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
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
M
Q
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
2.电动机中的能量转化
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。
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：
思考：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
两种电路的比较:
两种电路 比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点
欧姆定律
能量转化
元件举例
电路中只要电阻元件
除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器
服从欧姆定律
不服从欧姆定律
I=
U＞IR或I＜
电流做功全部转化为电热即电能全部转化为导体的内能
电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能
电阻、电炉丝、白炽灯等
电动机、电解槽等
电功与电热的计算公式比较:
纯电阻电路 非纯电阻电路
电功
电热
电功率
热功率
W=IUt=I2Rt=
W=IUt
Q=IUt=I2Rt=
Q=I2Rt
P=IU=I2R=
P=IU=I2R=
P=UI
P=I2R
跟踪导练
1、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，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个(　　)
C
2.(多选)如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机绕组R2=10 Ω,当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是 (　　)
A.I=1.5 A　　　
B.I<1.5 A
C.P=15 W
D.P<15 W
BD
一、电功和电功率
1.电流做功的实质：静电力做功
2.电功：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．
表达式：W=UIt（适用于一切电路）
3.电功率：单位时间内电流所做的功
表达式：P=UI（适用于一切电路）
二、焦耳定律：Q=I2 R t（适用一切产生电热的电路）；P=I2 R
热功率：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。
三、电路中的能量转化
1.纯电阻电路与非纯电阻电路
2.电动机中的能量转化