12.1 电路能量转化 课件—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册28张PPT

1　电路中的能量转化
第十二章　电能 能量守恒定律
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。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗?
对标导学
电能→内能
电能→机械能
电能→化学能
思考：功是能量转化的量度，电能→其它能，是什么在做功呢？
电流
对标导学
[学习目标]
1.理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.
2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.
3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.
一、电功和电功率
1.电功
(1)电功是指电路中 力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是 能转化为其他形式能的过程.
(2)电功的计算公式：W＝ .
单位： ，符号为 .
常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝ J.
静电
电
IUt
焦耳
J
3.6×106
自学静悟
2.电功率
(1)定义：单位 内电流所做的功.
(2)公式：P＝ ＝ .
(3)单位：瓦特，符号：W.
(4)意义：表示电流做功的快慢.
时间
UI
自学静悟
自学静悟
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.
电流的二次方
电阻
通电时间
I2Rt
单位时间
I2R
发热快慢
(1)电吹风工作时，将电能转化为什么能？
合作学习一、电功和电热的理解
答案　电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能.
(2)电熨斗工作时，将电能转化为什么能？
答案　电熨斗工作时，将电能转化为内能.
纯电阻电路
非纯电阻电路
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
能量转化情况
电功和电热的关系
W＝Q即IUt＝I2Rt＝ t
W＝Q＋E其他
UIt＝I2Rt＋E其他
电功率和热功率的关系
P＝P热，即IU＝I2R＝
P＝P热＋P其他
即IU＝I2R＋P其他
欧姆定律是否成立
U＝IR　I＝ 成立
U＞IR　I＜ 不成立
电功和电热的比较
例1　(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是
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.W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝ t只适用于纯电阻电路
C.在非纯电阻电路中，UI>I2R
D.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
√
√
√
例2　规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
(1)接220 V的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
答案　35 W　1 W
解析　排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为
发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W.
转化为机械能的功率为
P机＝P－P热＝(36－1) W＝35 W.
(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.
答案　1 210 W　1 210 W
解析　扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流
做功全部转化为热能，此时电动机中电流为
电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：
P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W.
辨析用电器的额定电压、额定功率、实际功率。
额定电压：表示用电器正常工作时的电压．
额定功率：是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压时消耗的功率，例“220 V、25 W”的白炽灯．
实际功率：用电器在工作中实际消耗的电功率．
若用电器在额定电压下工作，则P实＝P额，若用电器工作电压不等于额定电压，则P实≠P额．
1.W＝UIt是电功的计算式，P电＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路.
Q＝I2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率.
2.只有在纯电阻电路中才有W＝Q，P电＝P热，而在非纯电阻电路中W＞Q，P电＞P热.
3.在纯电阻电路中，由UIt＝I2Rt得I＝ ，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中，由UIt＞I2Rt知U＞IR，即欧姆定律不成立.
点评精讲
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1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；
合作学习二、非纯电阻电路功率的分析与计算
图1
答案　0.6 A
流经电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A.
(2)电动机的输出功率P出；
答案　2.04 W
解析　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
电动机输出功率P出＝P－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W
(3)电动机的效率.
答案　85%
解析　电动机的效率：
点评精讲
1.电动机的功率和效率
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI.
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r.
(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝IU－I2r.
例4　额定电压都是110 V、额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是
合作学习三、纯电阻电路中的功率分配及计算
√
解析　判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P＝UI＝ ，可知RA＜RB.
对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110 V，B灯被烧毁，UA＜110 V，A灯不能正常发光.
对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UB＞U并，B灯被烧毁，A灯不能正常发光.
对于C电路，B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光.
对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光.
比较C、D两个电路，由于C电路中滑动变阻器功率为(IA－IB)×110 V，而D电路中滑动变阻器功率为(IA＋IB)×110 V，所以C电路消耗电功率最小.
点评精讲
3.串、并联电路的总功率
(1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…)I＝P1＋P2＋P3＋…
(2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…)＝P1＋P2＋P3＋…
即无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和.
达标检测
解析　家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确.
1.(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是
A.P＝I2R B.P＝
C.P＝IU D.P＝I2R＋
√
1
2
3
图3
2.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内
A.电炉放热与电动机放热相等
B.电炉两端电压小于电动机两端电压
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
D.电动机消耗的功率大于电炉的功率
√
1
2
3
√
√
解析　设每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1＝PR2，即(3I)2R1＝I2R2，故R2＝9R1，所以选项A正确.
3.(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足
1
2
3
图4
A.R2＝9R1 B.R2＝6R1 C.R2＝3R1 D.R1＝R2
√