《学霸笔记 同步精讲》第12章 电能 能量守恒定律 1.电路中的能量转化（课件）高中物理人教版必修三

(共43张PPT)
1.电路中的能量转化
课标定位
1.理解电功、电功率的概念,并能利用公式进行有关计算。
2.知道焦耳定律,会推导热功率的表达式。
3.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系,并会进行有关计算。
4.能利用电路中的能量转化解决实际问题。
素养阐释
1.理解电功、电功率的含义与区别,培养物理观念。
2.通过从能量守恒角度理解焦耳定律,培养科学思维的方法。
3.通过分析、应用纯电阻电路和非纯电阻电路的电功与电热的关系,培养科学思维。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、电功和电功率
1.电功
(1)概念: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。
(2)公式:W= UIt 。
(3)单位:国际单位制单位为焦耳,符号为J。
(4)实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。
2.电功率
(1)概念:电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率。
(2)表达式:P= = UI 。
(3)单位:瓦特,符号 W 。
(4)物理意义:反映电流做功的快慢。
二、焦耳定律
1.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)单位:焦耳,符号J。
(4)实质:电流的热效应实质上是通过电流做功电能转化为内能。
2.电流通过导体发热的功率
(1)公式:P热= I2R 。
(2)单位:瓦特,符号W。
(3)实质:电能转化为内能的功率。
3.在任何情况下,都可以用公式Q=I2Rt来求电热吗
提示:焦耳定律表达式Q=I2Rt是个普遍式,适用于任何情况下求电热。
三、电路中的能量转化
1.纯电阻电路
电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的电热。
2.非纯电阻电路
含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中,电流做的功将电能除了转化为内能外,还转化为
机械能或化学能。
3.纯电阻电路中P电=P热;电动机电路中P电=P机+P损。其中P电=UI,P损=P热,P热=I2R。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。(　　)
(2)电功与电能的单位相同,电功就是电能。(　　)
(3)电功W=UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功。
(　　)
√
×
√
2.用电器额定功率越大,接在电路中电流做的功越多,这种说法对吗
提示:不对。电流做功一方面与实际功率有关,另一方面还与通电时间有关,只有实际功率与时间乘积大时,电流做功才多。
3.某同学家中有一电风扇,电阻为80 Ω,当加上220 V的电压时电流为0.25 A,试计算该电风扇工作100 s消耗的电能和产生的热量。
提示:W=UIt=5 500 J,Q=I2Rt=500 J。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
串、并联电路中电功率的分析与计算
问题引领
如图所示,四个灯泡按照图示电路连接,L1、L3灯泡的规格为“220 V　40 W”,L2、L4灯泡的规格为“220 V　100 W”,各个灯泡的实际功率都没有超过它的额定功率,则四个灯泡的实际功率大小关系如何
提示:由题意可知RL1=RL3>RL2=RL4,故RL12=RL34,
由串联电路的特点可知UL12=UL34,
又因为UL1=UL2,UL3=UL4,
故PL1所以PL1=PL3(2)总功率:电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和,
即P总=P1+P2+…+Pn。
证明:P总=IU总=I(U1+U2+…+Un)=IU1+IU2+…+IUn=P1+P2+…+Pn
归纳提升
(2)总功率:电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和,即P总=P1+P2+…+Pn。
证明:P总=IU=(I1+I2+…+In)U=I1U+I2U+…+InU=P1+P2+…+Pn。
3.额定功率和实际功率的比较
典型例题
【例题1】 如图所示,把两个相同的灯分别接在甲、乙电路中,甲电路两端的电压为8 V,乙电路两端的电压为16 V。调节滑动变阻器R1和R2使两灯都正常发光,此时滑动变阻器消耗的功率分别为P1和P2,两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙,则下列关系正确的是(　　)
A.P甲P乙
C.P1>P2 D.P1=P2
答案:D
解析:由灯都正常发光可知,R1中电流是R2中电流的2倍,R1两端电压是R2两端电压的 ,两滑动变阻器消耗的功率相等,两电路中消耗的总功率相等,选项D正确,A、B、C错误。
1.求解串、并联电路中的功率分配问题,比例法求解会使问题简化,但一定要明确是正比还是反比关系。
2.当求解用电器的功率时,要明确求解的是什么功率。实际功率与额定功率不一定相等。
【变式训练1】 把标有“220 V　40 W”和“220 V　15 W”的甲、乙两盏灯串联接在220 V电压的电路中,则下列分析正确的是(　　)
A.两盏灯的总功率等于55 W
B.两盏灯的总功率大于15 W,小于40 W
C.甲灯的实际功率大于乙灯的实际功率
D.乙灯的实际功率大于甲灯的实际功率
答案:D
解析:设“220 V　40 W”灯的电阻为R1,“220 V　15 W”灯的电阻为R2,当两灯串联后,总电阻大于R2,根据 可知,总功率小于P2,A、B错误;在串联电路中,功率P与R成正比,由于R1电路中的能量转化
问题引领
如图所示,吹风机工作时,电能转化为什么能 电熨斗工作时,电能转化为什么能
提示:吹风机工作时,电能转化为内能和机械能。电熨斗工作时,电能转化为内能。
归纳提升
1.电功和电功率
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.电热和热功率
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.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
典型例题
【例题2】 有一个小型直流电动机,把它接入电压为U1=0.2 V的电路中时,电动机不转,测得流过电动机的电流是I1=0.4 A;把它接入U2=2.0 V的电路中时,电动机正常工作,工作电流是I2=1.0 A。
(1)电动机正常工作时的输出功率多大
(2)如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,此时电动机的发热功率是多大
答案:(1)1.5 W　(2)8.0 W
解决电动机问题的一般方法
1.电动机两端的电压UM、通过的电流IM的求解是关键,但由于含有电动机(电动机转动)的电路不是纯电阻电路,不满足欧姆定律,UM、IM都是利用电路规律间接求解的。
2.对电动机而言,求电功率用P电=IMUM,求热功率用P热=IM2r,求输出机械功率用P出=P电-P热。
3.电动机输出的机械功率还可用P出=F牵·v。
【变式训练2】 如图所示,有一内阻为4.4 Ω的电解槽和一个标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端,灯泡正常发光,则(　　)
A.电解槽消耗的电功率为120 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
答案:C
解析:灯泡正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110 V电压,且干路电流I=I灯= A,则电解槽消耗的电功率P=P灯=60 W,A错误,C正确。电解槽的发热功率P热=I2R内=1.3 W,B错误。整个电路消耗的总功率P总=220× W=120 W,D错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(电功率的理解)下列关于电功率的说法正确的是(　　)
A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关
B.用电器的实际功率取决于用电器的额定功率
C.白炽灯正常工作时,实际功率等于额定功率
D.电功率越小,则电流做功越少
答案:C
解析:本题考查对电功率的理解,培养物理观念。用电器的额定功率是它正常工作时的功率,其值是由用电器本身的结构决定的,与实际电流和实际电压无关,故A错误,C正确;用电器实际功率的大小是由加在它两端的电压和通过它的电流决定的,B错误;电流做功的多少不仅与功率的大小有关,还与通电时间有关,D错误。
答案:D
3.(功率的分析)下图是饮水机及其工作电路简化图,S是温控开关,当水温升高到一定温度时,它会自动切换,使饮水机处于保温状态;R0是饮水机加热管电阻,R是与加热管串联的电阻。下表是从其说明书中摘录的一些技术数据。不考虑R0、R的电阻受温度变化的影响,表中的功率均指加热管的功率。当S闭合时,饮水机的工作状态和R0的阻值分别是(　　)
A.加热状态,220 Ω B.加热状态,88 Ω
C.保温状态,88 Ω D.保温状态,220 Ω
答案:B
解析:当S闭合时,由于电路中的有效电阻只有R0,故此时电路中的总电阻最小,对应的加热管电功率最大,所以为加热状态。由 可得其电阻为88 Ω,选项B正确。
4.(电路中的能量转化)如图所示的电路中,电源电压为60 V,内阻不计,电阻R=2 Ω,电动机的内阻R0=1.6 Ω,电压表的示数为50 V,电动机正常工作,求电动机的输出功率。
答案:210 W
解析:本题考查非纯电阻电路的电功与电热的关系,培养科学思维。
电压表的示数为电动机两端的电压,电源电压已知,可得
UR=U源-U机=(60-50) V=10 V,
对电动机由能量关系有P电=P热+P出,
所以P出=P电-P热=UI-I2R0=(50×5-52×1.6) W=210 W。