物理人教版（2019）必修第三册12.1电路中的能量转化（共40张ppt）

(共40张PPT)
12.1电路中的能量转化
复习回顾：
1、什么是多用电表？多用电表能测量哪些物理量？
2、什么是欧姆表？欧姆表的工作原理是什么？
3、欧姆表的表盘为什么不均匀？有什么特点？
4 、什么是中值电阻？中值电阻和欧姆表的内阻有什么关系？
5、 定标公式？
6、欧姆表的使用步骤？
7、二极管的特性？
8、多用电表的内部结构和工作原理？
电功和电功率
焦耳定律
电路中的能量转化
这里输入标题
01
02
03
04
目录
CONTENTS
电功和电功率
PART 1
现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，如电灯、电热水壶、电动汽车、手机等。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？
（1）电灯工作时，把电能转化为光能
（2）电热水壶工作时，把电能转化为内能
（3）电动机工作时，把电能转化为内能和机械能
（4）手机电池充电时，把电能转化为化学能
………
电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。电流做功简称为——电功
功是能量转化的量度
那么电能转化为其他形式的能的过程，是通过什么做功来实现的呢？
q
q
U
如何计算电流做的功呢？
t 内通过电路
任一横截的电荷量
电场力做功
一、电功和电功率
1.定义:静电力移动电荷所做的功,简称电功。通常也说
成是电流的功。
2.公式:电流在一段电路中所做的功,等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积,即
W = qU= UIt
3.物理意义：电功是电能转化为其他形式的能的量度。
4.实质：静电力对自由电荷做正功,电荷的电势能减少，其他形式能增加。
5.单位：国际单位焦耳（J）
6.电功是标量。
1kWh=3.6×106J
测量方法：电能表、伏安法等。
7.适用于一切电路。
不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
二、电功率
1.定义:电流在一段电路中所做的功与通电时间的比值叫作电功率,它在数值上等于单位时间内电流所做的功。
2.公式: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与电流I的乘积。即
3. 单位：国际单位 瓦特 W
　1kW＝103W＝106mW=10-3MW
5. 电功率是标量
6.适用于一切电路。
4.物理意义:电功率表示电流做功的快慢。
7.额定、实际功率
（2）额定功率:用电器在额定电压下的功率
（3）实际电压:用电器实际工作时的电压
（4）实际功率:用电器在实际电压下的功率
（1）额定电压:用电器正常工作时电压
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） 70～150 300～800 100～150 800～1200 40～60
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。
焦耳定律
PART 2
电热水壶工作时，把电能转化为内能，怎样求产生的热量？
最先研究这个问题的是英国物理学家——焦耳。
1837年，焦耳在父亲的工厂里装配了用电池驱动的磁电机，并对它进行了多方面的实验测试.1838年，在父亲的支持下，焦耳在工厂里建造了一个实验室，开始了他最初的实验研究，在测试中，焦耳注意到电机和电路中的发热现象，他想到这和机件运转中的摩擦生热一样，都是动力损失的原因，这促使他对电流的热效应进行了定量研究.
焦耳首先把电阻丝盘绕在玻璃管上，做成一个电热器.然后把电热器放入一个玻璃瓶中，瓶中装有已知质量的水，给电热器通电并开始计时，他用鸟羽毛轻轻搅动水，使水温度均匀.从插在水中的温度计可随时观察到水温的变化，同时，他用电流计测出电流的大小.焦耳把这种实验做了一次又一次，1840年12月17日，年仅24岁的焦耳向皇家学会递交了“关于伏打电产生的热”的论文，详细描述了他的实验装置、实验过程，以及通过精确测量所得到的发现：当一种已知量的伏打电在已知时间内通过一金属导体时，无论该金属导体的长度、直径和无论是何种金属，其所放出的热总是与它的电阻及通过导体的电流强度的平方成正比.
三、焦耳定律
1.内容: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。
2.公式：Q=I2Rt
3.适用于任何电路电热的计算
⑴焦耳通过实验得到实验定律；
⑵这个公式推导用到了W = Q，并不是所有用电器都成立。
⑶所有用电器的热量公式都是 Q = I 2Rt。
4. 焦耳定律理解
5.热功率
(1)定义:电流通过导体发热的功率。
(2)表达式:P热=I2R。
电功率和热功率一定相等吗？
电路中的能量转化
PART 3
1.纯电阻电路
　　电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为电阻的内能。此时电功等于电热,W=Q=UIt=I2Rt= t,电功率等于热功率,P=P热=UI=I2R= 。
四、电路中的能量转化
2.非纯电阻电路
　　含有电动机、电解槽等用电器的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中,电流做的功一部分转化为机械能或化学能,还有一小部分转化为内能。此时电功大于电热,W=UIt=Q+E其他>Q=I2Rt,电功率大于热功率,P=UI=P热+P其他>P热=I2R。
3.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
纯电阻电路 非纯电阻电路
电路特点 电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能 电路中包括能把电能转化为除内能外的其他形式能的用电器
是否遵循欧姆定律 遵循欧姆定律,I= 不遵循欧姆定律,U>IR,即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
电功 W=UIt=I2Rt= t W=UIt
电热 Q=I2Rt=UIt= t Q=I2Rt
电功率 P=UI=I2R= P=UI
热功率 P热=I2R=UI= P热=I2R
例1.(多选题)(2024河北廊坊月考)如图所示,某扫地机器人
的电池容量为2 000 mA·h,额定工作电压为15 V,额定功率
为30 W,则下列说法正确的是(　　)
A.该扫地机器人正常工作时的电流是2 A
B.该扫地机器人的电阻是7.5 Ω
C.题中mA·h是能量的单位
D.该扫地机器人充满电后能够正常工作的时间约为1 h
AD
例2.(单选)(2024山西临汾期中)白炽灯A和B的额定功率相同,A灯的额定电压大于B灯的额定电压,假设两灯电阻均保持不变,则(　　)
A.两灯正常发光时,IA>IB
B.两灯电阻RAC.将两灯串联后接入电路中,两灯的功率PA>PB
D.将两灯并联后接入电路中,两灯的功率PA'>PB'
C
例3. .(单选)(2024湖南邵阳期中)现有标有“110 V　40 W”的灯泡L1
和标有“110 V　100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动
变阻器R,将它们接在220 V的电路中,在如图所示的几种接法中,最合
理的是(　　)
　
　
C
例4. .(单选)四个定值电阻按图示连接方式连入电路,其中
RA、RC的规格为“10 V,4 W”,RB、RD的规格为
“10 V,2 W”,则下列关于这四个电阻消耗功率的比值关系
正确的是(　　)
A.
C.
D
例5. .(单选)(2024江苏扬州月考)两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中,A的长度为L,直径为d;B的长度为2L,直径为2d,那么通电后在相同的时间内产生的热量之比为(　　)
A.QA∶QB=1∶2　　B.QA∶QB=2∶1
C.QA∶QB=1∶1　　D.QA∶QB=4∶1
B
例6.如图， 输电线路两端的电压U为220 V，每条输电线的电阻R为5 Ω，电热水器A的电阻RA为30 Ω。求电热水器A上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个电阻RB 为40 Ω 的电热水壶 B，则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少？
(1).电动机的功率
　　当电动机正常工作时,要分清电动机的总功率(输入功率)、输出功率和热功率。
4.电动机的功率问题
输入功率 电动机消耗的电功率(总功率),由电动机两端的电压和通过的电流决定,P总=UI
热功率 电动机线圈有电阻,电流通过线圈时要发热,P热=I2r
输出功率 电动机做有用功的功率,P出=Fv,F为电动机产生的牵引力,v为使物体获得的速度大小
功率关系 P总=P出+P热
2.电动机功率问题的分析方法
(1)抓住两个关键:确定电动机两端的电压U和电流I是解决问题的关键。若能求出U、I,就能
确定电动机的输入功率P总=UI,根据电流I和线圈电阻r,可求出热功率P热=I2r,最后求出输出功
率P出=P总-P热。
(2)间接确定电动机的电压U和电流I:首先,对于其他纯电阻电路,利用欧姆定律进行分析计算,确定相应的电压、电流,然后利用串、并联电路中的电压关系、电流关系间接确定电动机的电压U、电流I。
例7.一台电动机，线圈的电阻是0.4 Ω，当它两端所加的电压为220 V 时，通过的电流是5 A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？
P热＝ I2R ＝ 52×0.4 W ＝ 10 W
P电＝ UI ＝ 220×5 W ＝ 1100 W
P机＝ P电－ P热＝ 1 100 W － 10 W ＝ 1 090 W
解：由焦耳定律可知，电动机发热的功率为
电动机消耗的电功率为
由能量守恒定律，电动机对外做功的功率为
例8. 有一个用直流电动机提升重物的装置,重物的质量m=50 kg,电路电压U=120 V,当电动机以v=0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流I=5 A,求:(取重力加速度g=10 m/s2)
(1)电动机线圈的电阻R。
(2)电动机对该重物的最大提升速度。
(3)若因故障电动机不能转动,这时通过电动机的电流是多大,电动机消耗的电功率又为多大

答案 (1)6 Ω (2)1.2 m/s (3)20 A 2 400 W
解析 (1)电动机提升重物时,总功率P电=UI
电动机线圈发热功率P热=I2R
提升重物的功率P出=P机=mgv
有P电=P热+P机,即UI=I2R+mgv
解得R= Ω=6 Ω。
(2)根据P电=P热+P机得
P机=P电-P热=UI-I2R=-R +
当I= 时,P机有最大值 ,即I= A=10 A时,P机max= W=600 W
根据P机max=mgvmax
解得vmax= m/s=1.2 m/s。
(3)若因故障电动机不能转动,则通过电动机线圈的电流为I'= = A=20 A
电动机消耗的电功率为
P电'=UI'=2 400 W
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