人教版高中物理必修第三册 第十二章 电能能量守恒定律 1 电路中的能量转化 课件(共45张PPT)

(共45张PPT)
第十二章　电能　能量守恒定律
1.电路中的能量转化
核心素养 素养目标
物理观念 理解电功与电功率的概念，知道焦耳定律的物理意义.
科学思维 了解纯电阻电路和非纯电阻电路中能量的转化，从能量转化和能量守恒的角度理解电功与电热的区别.
科学态度
与责任 了解科学技术与社会环境的关系，具有节约能源的意识，培养自觉保护环境的行为习惯.
一、电功和电功率
静电力　
UIt　
3.6×106　
UI　
×
×
典题讲练
A. 2∶7 B. 2∶5 C. 5∶7 D. 3∶7
C
解析：由于A、B两灯的额定电压都是110 V，当A灯与并联部分的总电阻相等时，A、B能同时正常发光，并联电路消耗的功率与A灯的功率相同，所以甲电路消耗的总功率为200 W；乙电路中，当滑动变阻器的阻值与A、B两灯并联的总电阻相等时，A、B就可以正常发光，此时滑动变阻器消耗的功率为A、B两灯功率之和，所以乙电路消耗的总功率为280 W，由此可知，甲、乙两电路消耗的电功率之比为5∶7，故选C.
二、焦耳定律
教材认知
引入使用电水壶烧水时，壶内的水会很快被加热到沸腾，产生大量的热，而连接电水壶的导线却不怎么热，这是什么原因呢？
提示：电水壶的电阻大，导线的电阻非常小，相同时间内电水壶产生的热量多.
【知识梳理】
1. 焦耳定律
2. 热功率
（2）公式：P热＝I2R.
电流二次方　
导体的电阻　
通电时间　
I2Rt　
单位时间　
【拓展深化】　电功和电热的区别
项目 意义 公式 联系
电功 电流在一段电路中所做的功 W＝UIt 对纯电阻电路，电功等于电热，即W＝Q＝UIt＝I2Rt；
对非纯电阻电路，电功大于电热，即W＞Q
电热 电流通过导体产生的热量 Q＝I2Rt
A. 电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
C. 在非纯电阻电路中，UI＞I2R
D. 焦耳热Q＝I2Rt只适用于纯电阻电路
BC
名师点评
　　（1）W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路.
（2）Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率.
（3）只有在纯电阻电路中，电功在数值上等于电热，在非纯电阻电路中，电功大于电热.
A. 当开关S接通时电饭煲为保温状态，当开关S断开时电饭煲为加热状态
B. 当开关S接通时电饭煲为加热状态，当开关S断开时电饭煲为保温状态
C. 要使R2在保温状态时的功率为加热状态时的一半，R1∶R2应为2∶1
BD
三、电路中的能量转化
教材认知
引入　如图所示为电动机的图片，从能量转化与守恒的角度看，你知道电动机在正常工作时能量是怎样转化的吗？
提示：电能转化为机械能和内能.
【知识梳理】
1. 电动机工作时的能量转化关系
（2）电动机的功率及其效率
①电动机消耗的功率（总功率）：P总＝UI.
②电动机的发热功率：P热＝I2R.
③电动机的输出功率（机械功率）P机＝P总－P热＝UI－I2R.
机械能　
化学
【拓展深化】　纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
比较项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件，如电阻、电炉丝、小灯泡 电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器，如电动机、电解槽
能量转化 电能转化为内能和其他形式的能：
W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋E其他
比较项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
功率特点 电功率等于热功率与其他功率之和：P电＝UI
P热＝I2R
P电＝P热＋P其他
欧姆定律
典题讲练
[典例3]　小型直流电动机（其线圈内阻为r＝1 Ω）与规格为“4 V　4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：
（1）通过电动机的电流；
答案：（1）0.6 A
（2）电动机的输出功率P出；
答案：（2）2.04 W
解析：（2）电动机消耗的总功率P＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W
电动机线圈内阻的热功率P热＝I2r＝（0.6）2×1 W＝0.36 W
电动机的输出功率
P出＝P－P热＝2.4－0.36 W＝2.04 W.
（3）电动机的效率.
答案：（3）85％　
名师点评
　　（1）电动机是非纯电阻电路，热功率只能用P热＝I2r来求，这是本题的易错点.
（2）解决电动机问题时注意分两种情况
①当电动机正常工作时，要分别搞清电动机的总功率、输出功率和热功率，掌握它们之间的关系：P总＝P出＋P热.
②当电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻电路.
A. 电动机的机械功率为5 W B. 电动机的电功率为1 W
C. 重物匀速上升时的速率为0.2 m/s D. 电动机的热功率为4 W
C
随堂检测
A. 公式①④适用于任何电路的电功率的计算
B. 公式②适用于任何电路的热功率的计算
C. 公式①②③适用于任何电路电功率的计算
D. 以上均不正确
AB
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额定容量 额定电压 额定功率 额定频率
2 L 220 V 1 000 W 50 Hz
A. 该烧水壶的电阻是48.4 Ω
B. 该烧水壶在正常工作时的电流是0.22 A
C. 若实际电压为110 V，此时烧水壶的实际功率是500 W
D. 该烧水壶加热水5 min产生的热量是5 000 J
A
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规格 后轮驱动直流永磁体电动机
车型：20″电动自行车 电动机输出功率：175 W
电源输出电压：≥36 V 额定工作电压/电流：36 V/5 A
整车质量：40 kg 额定转速：240 r/min
A. 7.2 Ω B. 0.2 Ω C. 7.0 Ω D. 7.4 Ω
B
解析：根据电动机的额定工作电压和电流可得电动机消耗的总功率P总＝UI＝36×5 W＝180 W，又电动机输出功率为175 W，则电动机内阻消耗的功率为P内＝5 W，由P内＝I2r可得电动机的内阻r＝0.2 Ω，选项B正确.
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A. 电动机的输入功率为24 W
B. 电动机的输出功率为10 W
C. 电动机的发热功率为4.0 W
D. 整个电路消耗的电功率为22 W
B
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课时作业（二十）
[基础训练]
A. 导体内电场力移送电荷所做的功叫作电功
B. 电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程
C. 电流做功消耗的能量由电源提供
D. 电功就是电能
解析：功是能量转化的量度，电流做功的实质是电场力在这段电路中做功，故A、B、C正确，D错误.本题选错误的，故选D.
D
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A. 6.4 W B. 64 W
C. 320 W D. 640 W
解析：LED灯发蓝光时的工作电流I＝20 mA＝0.02 A，当所有的LED灯均发蓝光时，屏幕消耗的功率P＝nUI＝10 000×3.2×0.02 W＝640 W，选项D正确.
D
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A. 铭牌标的“250 A·h”是电荷量
B. 电源工作时的额定电流为25 A
C. 电源充满电后储存的电能为1.08×108 J
D. 该电动车的电动机的线圈内阻为4.8 Ω
D
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D. 1∶2 000
C
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A. M1和M2电动机的内阻相同
B. M2的内阻是M1内阻的2倍
C. M1的电功率是M2电功率的2倍
D. M1的热功率是M2热功率的4倍
BC
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解析：结合题意，设三个电动机的电压为U，通过M2和M3的电流为I，通过M1的电流为2I，M1和M2电动机的内阻分别为r1、r2.由题意得，对电动机M1，（2I）2r1＝10％·U×2I；对电动机M2，（I）2r2＝10％·UI；由以上两式得r2＝2r1，故A错误，B正确；根据P＝UI可知，M1的电功率P1＝U×2I＝2UI；M2电功率P2＝UI. 结合以上两式可得P1＝2P2，故C正确；M1的热功率P'1＝（2I）2r1＝4I2r1；M2的热功率P'2＝（I）2r2＝2I2r1，所以P'1＝2P'2，故D错误.故选BC.
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A. 电解槽消耗的电功率为20 W B. 电解槽的发热功率为60 W
C. 电解槽消耗的电功率为60 W D. 电路消耗的总功率为60 W
C
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7. 如图所示的电路中，M、N两点间电压恒为12.0 V，电阻R1＝20.0 Ω，灯泡L的额定电压为4.0 V，理想电流表的示数为1.0 A，此时灯泡L恰好正常工作.求：
（1）流过R1的电流I1；
答案：（1）0.6 A
（2）灯泡L正常工作时的阻值RL；
答案：（2）10 Ω
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（3）此时电阻R2消耗的电功率P2.
答案：（3）3.2 W
解析：（3）根据串联电路的电压特点可知，电阻R2两端的电压U2＝U－UL＝8 V，
此时电阻R2消耗的电功率P2＝U2I2，
解得P2＝3.2 W.
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[能力提升]
甲 乙
D
A. 充电宝输出的电功率为UI＋I2r
B. 充电宝的热功率为I2r
D. 手机电池储存的化学能为UIt－I2rt
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解析：充电宝的输出电压为U、输出电流为I，所以充电宝输出的电功率为P＝UI，A错误；手机电池充电电流为I，所以手机电池的热功率为Pr＝I2r，而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，B、C错误；输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为电池的内能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为W＝UIt－I2rt，D正确.
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A. 10 W B. 2.5 W
D
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10. （2025·昆明一中高二测试）如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图.电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω.直流电压U＝160 V，理想电压表示数UV＝110 V.
（1）求通过电动机的电流；
答案：（1）5 A
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（2）求输入电动机的电功率；
答案：（2）550 W
解析：（2）电动机两端的电压UM＝UV＝110 V
输入电动机的功率P电＝IMUM＝550 W.
（3）若电动机以v＝1 m/s的速度匀速竖直向上提升重物，则该重物的质量为多少？（取g＝10 m/s2）
答案：（3）53 kg
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