新人教高中物理必修第三册12.1节电路中的能量转化21 张PPT

第
节
1
12.1电路中的能量转化
学习目标
1.通过实例分析,知道电流做功的实质,加深对功与能量转化关系的认识.
2.理解电功、电功率和焦耳定律的概念,掌握电功和电功率的计算,理解焦耳定律,知道电流热效应在生产、生活中的应用.
3.通过分析电动机工作时电路中的能量转化情况,能从能量守恒的角度理解电功和电热的关系,提升用能量的观点来解释物理现象的能力.
4.联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想。
电熨斗
电烤箱
电饭煲
电热水器
想想他们有什么共同点？
引入
一、电功
探究电流做功的规律
如图一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，在t时间内通过这段电路任一横截面的电荷量：
则静电力做功： 　　　　　　
得静电力做功： 　　　　　　
2.计算公式：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流 I 和通电时间 t 三者的乘积．
3.单位：在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h）.
　1kW·h＝3.6×106J
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功．
W＝qU ＝ UIt
适用范围：任何电路和元件
1.概 念：
3.物理意义：
4.单 位：
　1kW＝103W
　P
＝ W/t
二、电功率
2.表达式：
单位时间内电流所做的功
电功率表示电流做功的快慢．
国际单位“瓦”（W），常用单位“千瓦”（kW）
＝U I
适用范围：任何电路和元件
5.额定功率和实际功率
（1）额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率。
（用电器加上额定电压时消耗的功率）
（2）实际功率：用电器在实际工作时消耗的功率。
注:防止用电器烧毁，实际功率不能大于额定功率。
用电器
29吋彩电
电熨斗
电冰箱
微波炉
台灯
额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W）
～150
300～800
100～150
800～1200
40～60
拓展：几种常见家用电器的额定功率
例1、有分别标有“220 V　100 W”“220 V　60 W”的两个灯泡(电阻不变),把它们串联接到220 V的电源上.
(1)两灯泡的实际功率各是多少?哪个灯泡更亮?
(2)通电0.5 h,两灯泡各消耗多少电能?
解析:由P=UI和I=????????得P=????????????,100 W的灯泡电阻R1=????????????????????=484 Ω,
60 W的灯泡电阻R2=????????????????????=807 Ω.
当串联接到220 V电源上时,由I=????????得电路中的电流I=????????????+????????=0.17 A.100 W
灯泡两端的实际电压U1实=IR1,灯泡的实际功率P1实=U1实I=I2R1=14.0 W;
?
60 W灯泡两端的实际电压U2实=IR2,灯泡的实际功率P2实=U2实I=I2R2=23.3 W.因为P2实>P1实,所以60 W的灯泡更亮.
(2)100 W灯泡消耗的电能W1=P1实t=25 200 J,
60 W灯泡消耗的电能W2=P2实t=41 940 J.
在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能全部转化为内能。
电热:电流通过导体产生的热量。
电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢 ?
如何计算电热呢 ?
三、 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.热功率：单位时间内的发热量。
表达式：P ＝ Q/t ＝ I2 R
（2）定义式：Q＝I2Rt。
（3）适用于一切电路。
（包括纯电阻电路、非纯电阻电路中电热的计算）
电能转化为其他形式能量的过程　　
电流做功的实质
电熨斗
电烤箱
电吹风
洗衣机
这些不同的用电器电功和电热的计算有何不同呢 ？
（1）纯电阻电路:
(电能全部转化为导体内能)
电能 → 内能
W
Q
=
I2Rt
指转化为内能的那部分电能!
指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!
UIt
(U＝IR)
3.纯电阻电路和非纯电阻电路
M
（2）非纯电阻电路:
电能 →
W
UIt
I2Rt
I＜U/R
说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路！
＞
Q
W - Q
内能+其它形式的能
如电动机电路
（3）两类电路比较
1、公式?????=?????????????和 ?????=?????????是和电功率的一般表达式，适用于任何用电器，它表示用电器消耗的全部电功和电功率。而????=????2????????=????2????????和????=????2?????=????2????则是前面两公式与欧姆定律结合而导出的，它们实际上只适用于纯电阻电路。
2、非纯电阻电路中，电功和电热不相等，用????=?????????????计算电功，用????=????2???????? 计算电热
?
3、电流通过用电器做功的过程实际上是电能转化为其它形式的能的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其它形式的能。
注意：
例2、有一个直流电动机,把它接入0.2 V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4 A;把它接入2 V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1 A.
(1)求这台电动机线圈的电阻;
(2)求这台电动机正常工作时的输出功率;
(3)如果在正常工作时,转子突然被卡住,则此时电动机的发热功率为多大?
?
本课小结
1、下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是(　　)
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
B．????＝????????????适用于任何电路，而????＝????2????????＝????2????????只适用于纯电阻电路
C．在非纯电阻电路中，????????>????2????
D．焦耳热????＝????2????????适用于任何电路
?
当堂检测
A
2、机器人的使用开拓了我们的视野，延伸了我们的肢体，增强了我们的力量，提高了我们的工作效率，将人们从繁重的生产劳动中解放出来。一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在某电源两端，电动机恰能正常工作，下列说法中错误的是（　　）
A.电动机消耗的总功率为UI
B.电动机消耗的电热功率为I2R
C.电动机的输出功率小于UI
D.若此时将电动机卡住，电动机的电流仍为I
解析：A对：根据电功率公式P=UI知，电动机消耗的总功率为UI。
B对：根据电热功率公式P=I2R知，电动机消耗的电热功率为I2R。
C对：电动机的输出功率为机器人的机械功率，大小为：P出=UI-I2RD错：电动机正常工作时，属于非纯电阻电路，电流比较小；电动机卡住，电路变成了纯电阻电路，电流会变大。
D
3、三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是 10 W，现将其中的两只灯泡串联起来后再与第三只灯泡并联接在电路中，则整个电路允许消耗的最大功率为(　　)
A．30 W B．20 W
C．15 W D．10 W
C