12.1 电路中的能量转化— 人教版（2019）高中物理必修第三册课件(共36张PPT)

(共36张PPT)
第1节　电路中的能量转化
[观察探究]：如图所示，电路中电流为I，通电时间为t，那么在这段时间内通过这段电路任一截面的电荷量是多少？如果这段电路两端的电势差是U，静电力做的功是多少？
一、电功
(1)定义：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________和通电时间t三者的乘积。
(2)公式：W＝IUt
(3)单位：________，符号为J。
常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“________”，1 kW·h＝____________ J。
电流I
焦耳
度
3.6×106
说明：①从力的角度看，电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。
②从能的角度看，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。
③电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用。
二、电功率
时间
UI
瓦特
W
快慢
对电功率的几点说明
[思考判断]
(1)电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能。(　　)
(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功。(　　)
(3)电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用电器的电功率越大。(　　)
(4)电功率越大，电流做功一定越快。(　　)
√
√
×
√
[实例分析]：用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？
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________________成正比，跟导体的________及____________成正比。
(2)表达式：Q＝________。
2.热功率
(1)定义：____________内的发热量称为热功率。
(2)表达式：P＝________。
(3)物理意义：表示电流____________的物理量。
3、说明：以上两式适用于一切电路来求电热与热功率。
电流的二次方
电阻
通电时间
I2Rt
单位时间
I2R
发热快慢
[思考判断]
(1)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。(　　)
(2)根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的。(　　)
(3)Q＝I2Rt适用于任何电路求热量。(　　)
√
×
√
[实例分析]：标有“220 V　40 W”的白炽灯泡和“220 V　40 W”的电动机，把它们并联后接到220 V的照明电路中，二者都能正常工作，它们在相同时间内产生的电热相同吗？
三、电路中的能量转化
1.两种电路
(1)纯电阻电路：①定义：只含有纯电阻元件的电路称为纯电阻电路。
②特点：以产热为目的，电能全部转化为导体的内能。
③规律：
(2)非纯电阻电路：①定义：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。
②特点：不是以产热为目的，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。
③规律：
特别提醒：欧姆定律 只适用于纯电阻电路
2.电动机的功率和效率
[思考判断]
(1)电动机是非纯电阻用电器，所以在任何情况下，都不能将电能全部转化为内能。(　　)
(2)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热。(　　)
×
√
[例1] 一根电阻丝在通过2 C的电荷量时电流所做的功为8 J，若在相同的时间内通过4 C的电荷量，求：
(1)电阻丝上的电流所做的功；
(2)电流做功的功率是原来的几倍。
答案　(1)32 J　(2)4倍
[针对训练1] 一个电阻接入某电路后，消耗的功率为110 W，通过3 C的电荷量时，有330 J的电能转化为内能，则下列说法错误的是(　　)
A.电阻两端所加电压为330 V
B.通过电阻的电流为1 A
C.电阻通电时间为3 s
D.这个电阻的阻值为110 Ω
答案　A
[例2] 把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t串∶t并为(　　)
A.1∶1 B.2∶1 C.4∶1 D.1∶4
答案　C
[例3] 额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是(　　)
答案　C
[针对训练2] 把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内(　　)
答案　C
[针对训练3] (多选)如图所示，L1、L2是两个规格不同的灯泡，当它们如图连接时，恰好都能正常发光，设电路两端的电压保持不变，在将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中，下列判断正确的是(　　)
A.滑动变阻器两端电压变大
B.通过滑动变阻器的电流变小
C.L1变暗，L2变亮
D.L1变亮，L2变暗
解析　当滑动变阻器的滑片P向右移动时，滑动变阻器连入电路的电阻增大，总电阻增大，总电流减小，L1灯两端电压减小，L1灯变暗，L2和滑动变阻器两端电压增大，通过L2的电流增大，L2灯变亮，通过滑动变阻器的电流减小，故选项A、B、C正确，D错误。
答案　ABC
[观察探究]:如图所示为一正常工作的电动机，其工作电压为220 V。
(1)电动机消耗的电能会全部转化为线圈产生的内能吗？
(2)其工作电压是线圈两端电压吗？
答案　(1)只是一部分转化为内能。(2)不是。其工作电压大于线圈两端电压。
[总结归纳]
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
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 W＝Q即
IUt＝I2Rt W＝Q＋E其他
UIt＝I2Rt＋E其他
[例4] (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)
答案　BCD
[例5] 规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
(1)接上220 V电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。
答案　(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
方法总结　电动机电路的分析方法
(1)分清是纯电阻电路还是非纯电阻电路.电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转动时是纯电阻电路。
(2)分清要求的是电功还是电热(或热功率)，对照公式的适用条件，合理选择公式。
(3)电动机的输入功率即总功率P入＝IU，电动机的发热功率P热＝I2r，电动机的输出功率P出＝P入－P热。
[针对训练4] 关于电功W和电热Q的说法正确的是(　　)
A.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q
B.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q
C.W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立
D.W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立
解析　W＝UIt适用于任何电路，Q＝I2Rt也适用于任何电路，如果是纯电阻电路，则W＝Q，在非纯电阻电路中W>Q，B正确，A、C、D错误。
答案　B
[针对训练5] 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；
(2)电动机的输出功率P出；
(3)电动机的效率。
流经电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A。
(2)电动机消耗的总功率P′＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W
电动机的热功率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 W－0.36 W＝2.04 W。
答案　(1)0.6 A　(2)2.04 W　(3)85%