5.1 电路中的能量 (共25张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第三册

(共25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
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。
电能转化为其它形式的能，是通过什么方式来实现的呢？
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.理解电功和能量转化的关系
2.知道焦耳定律的物理意义
3.能从纯电阻电路和非纯电阻电路的角度区别电功和电热
4.认识闭合电路中的能量关系
功和能量的变化密切相关。
功是能量转化的标志和量度
重力做功对应着重力势能转化为动能，
电场力做功对应着电势能转化为动能，
做功的过程伴随着能量的转化过程，做了多少功就有多少能量发生了转化，即某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等并且等于使能量转化的功的多少
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
用电器工作时，电流做功是什么力做功？
电场线向右
电荷定向移动方向向左
自由电子受电场力向左
电场力做正功
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。
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。
W=UIt
适用一切电路
2. 电功表达式：
一、电功
3.意义：量度电能转化为其它形式的能的多少。
5. 单位：J；1kW·h=3.6×106J
6.测量方法：电能表、伏安法等。
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。
一、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.定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比
3.表达式：
4.单位：W（1kW=103W）
5.测量方法：电压表和电流表
适用一切电路
1.物理意义：描述电流做功的快慢
电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压和电流的乘积
二、电功率
比值定义法
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。
三、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
焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路！
三、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
三、焦耳定律
三、焦耳定律
3.电功和热量
思考：如果电路中还含有除电阻之外的其他负载，如电动机，电路中的能量又改如何转化呢？
如电吹风机吹热风时，消耗电能和产生热量相等吗？
电功
焦耳定律
电流所做的总功
电吹风机消耗的总电能
电吹风机 W ≠Q
只是电能转化为内能的那部分能量
电流做功的功率
电功率
热功率
电吹风机 P ≠ P热
三、焦耳定律
4.电功率和热功率
电流发热的功率
机械能
内能
电能
消耗电能＞产生热量
电功率＞热功率
像吹风机这样包含电动机的用电器
像热水器这样不包含电动机的用电器
内能
电能
消耗电能=产生热量
电功率=热功率
三、焦耳定律
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。
纯电阻电路：
非纯电阻电路：
三、焦耳定律
5.认识两种电路
三、焦耳定律
6.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：
三、焦耳定律
6.电动机
电功与电热的计算公式比较：
规律总结：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。
三、焦耳定律
四、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.某电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是（　　）
A．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风
B．吹热风时通过电热丝的电流为4 A
C．吹热风时电热丝的功率为990 W
D．该电吹风中电动机的内电阻为440Ω
B
额定电压 220V
额定功率 热风时：990W
冷风时：110W
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.在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 1.0 V；重新调节R使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
电动机停止转动，电路为纯电阻电路。
电动机正常运转，电路为非纯电阻电路。
当电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V时，电动机停止工作，电动机中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r＝＝2 Ω，
当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，
则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W，
线圈电阻的热功率P热＝I22r＝2.02×2 W＝8.0 W，
所以电动机的输出功率
P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W。
【解析】
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