5.1 电路中的能量 (共23张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第三册

(共23张PPT)
第五章 电能与能源的可持续发展
第1节 电路中的能量
在电路中使用不同的用电器，会有不同的能量转化。生活中有多种多样的电器，这些电器将电能转化成什么能量呢？
这些都是常用的家用电器，它们共同的特点是要消耗电能，靠电流做功来工作。如何计算电流做功的多少和电流做功的快慢呢？
1.理解电功、电功率的概念
2.知道焦耳定律，知道电功率与热功率的区别和联系
3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的区别，会结合实际问题区分电功和电热
4.会分析闭合电路中的各种功率及进行相关运算
如图，在一段电路中，电路两端电压为U，在t时间内，定向移动电荷量为q，则移动电荷静电力做多少功？若电路中的电流为I，又可以怎样表示静电力做功？
电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的电流、通电时间三者的乘积。
静电力做的功为：
一、电功和电功率
1.电功
对电功的理解：
电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。
意义：电流做功的过程是电势能转化为其他形式的能的过程，
即电功是电势能（电能）转化为其他形式的能的量度。
一、电功和电功率
1.电功
（3）单位：国际单位制：焦耳 ，简称 焦（J），常用单位有：千瓦时（kW·h），俗称“度”。
　1kW·h＝3.6×106J
（1）定义：在一段电路中静电力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功。
（2）表达式：
（任何电路）
（4）物理意义：电功是电能转化为其他形式能的量度。
一、电功和电功率
1.电功
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？两个档位的电功相同吗？
电炖锅不同档位做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
单位时间内电流所做的功
思考：
2.电功率
（4）物理意义：电功率表示电流做功的快慢。
（3）单位：国际单位制：瓦（W），常用单位：千瓦（kW），1kW=1000W
电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫做电功率
（2）表达式：
（任何电路）
（比值定义法）
W=UIt
P=UI
=UI
（1）定义：
一、电功和电功率
辨析用电器的额定电压、额定功率、实际功率。
额定电压：表示用电器正常工作时的电压。
额定功率：是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压时消耗的功率。
实际功率：用电器在工作中实际消耗的电功率。
若用电器在额定电压下工作，则P实＝P额
若用电器工作电压不等于额定电压，则P实≠P额
通常情况下，P实≤P额
2.电功率
家电中有一类是通电发热的用电器——电热器。
1.为什么电热器通电后会发热呢？
当电流流过导体时，自由电子与金属中的正离子会发生碰撞，电能转化为内能。
2.导体通电发热跟什么因素有关？导体通电发热如何计算？
二、焦耳定律
通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通电时间为t，推导电热水器产生的热量表达式。
二、焦耳定律
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。
纯电阻元件
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。
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。
焦耳
二、焦耳定律
1.焦耳定律的内容
2.热功率
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。
（专指电流发热的功率）
热功率
二、焦耳定律
思考：左边三个用电器和右边两个用电器有什么区别？都主要转化为哪些能？
左边主要转化为内能即产生热量，右边除内能还有一部分电能转化为机械能。
纯电阻电路：将电能全部都转化为内能的电路。只含白炽灯、电炉等电热元件的电路。
非纯电阻电路：并非所有电能都转化为内能的电路。除含有电阻外，还包含有电动机，电解槽等的电路。
3.纯电阻电路与非纯电阻电路
二、焦耳定律
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
4.电动机
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入＝UI
（2）其他功率：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入＝P其他＋P热
（5）电动机的效率：
二、焦耳定律
4.电动机
电路类型 纯电阻电路 非纯电阻电路
举例 白炽灯、电炉、 电熨斗、电饭锅 电动机、电解槽
能量转化 情况
电功和电热的关系
电功率和热功率的关系
W＝Q即UIt＝I2Rt
P＝P热 即UI＝I2R
W＝Q＋E其他
即UIt＝I2Rt＋E其他
P＝P热＋P其他
即UI＝I2R＋P其他
纯电阻和非纯电阻电路的电功电热比较：
三、闭合电路中的能量
1.式中反映了闭合电路中的能量转化关系，式中左边的EI表示电源提供的电功率，右边的U外I和U内I分别表示外电路和内电路上消耗的电功率。
2.电源提供的能量一部分消耗在外电路上，转化为其他形式的能；另一部分消耗在内阻上，转 化为内能。
3.电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的能力。当电路通过相同的电流时，电源电动势越大，电源提供的电功率越大，电源把其他形式的能转化为电能的能力越强。
1.如图，已知R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为（　　）
A．6∶3 ∶ 4
B．1 ∶ 2 ∶ 6
C．3 ∶ 6 ∶ 4
D．2 ∶ 1 ∶ 6
B
2.如图所示，一个灯泡L和一个电动机M串联接在电压恒为U的电源上，电路中的电流为I，灯泡两端的电压为U1，电功率为P1，电阻为R1；电动机两端的电压为U2，电功率为P2，其线圈电阻为R2，则下列关系式正确的是（　　）
A．P1=UI
B．
C．P1+P2=UI
D．U1=U-IR2
C
3.微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 Ω，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作，求：
（1）它的额定输入功率；
（2）工作时由导线发热损失的功率；
（3）它的输出功率。
解析：
（1）电动机的额定输入功率为P额＝UI＝2.0×0.8 W＝1.6 W.
（2）电动机的发热功率为P热＝I2R＝0.82×1 W＝0.64 W.
（3）根据能量的转化与守恒，电动机的输出功率为
P出＝P额－P热＝（1.6－0.64）W＝0.96 W.
1.电热和热功率
电热：Q＝I2Rt，热功率：P热＝I2R。（可以计算任何电路产生的电热和热功率）
2.电功和电热的关系
（1）在纯电阻电路中：
（2）在非纯电阻电路中：
3.闭合电路中的能量转化
①电功和电热相等，W＝Q＝UIt＝＝I2Rt；
②电功率和热功率相等，P＝P热＝UI＝I2R＝；
③欧姆定律成立：由UIt＝I2Rt 得：I＝
①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，
电功率只能用P＝UI计算；
②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算；
③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.