（新教材）人教版高中物理必修第三册课件：12.1 电路中的能量转化 .pptx

1、第十二章第十二章 电能电能 能量守恒定律能量守恒定律 学学 习习 目目 标标 1.通过实例分析通过实例分析,知道电流做功的实质知道电流做功的实质,理解电功、电功率的概念理解电功、电功率的概念 和物理意义和物理意义,掌握电功和电功率的计算掌握电功和电功率的计算,加深对功与能量转化关加深对功与能量转化关 系的认识系的认识. 2.通过分析电流通过电热水器时电能全部转化为内能通过分析电流通过电热水器时电能全部转化为内能,理解焦耳理解焦耳 定律定律,知道电流热效应在生产、生活中的应用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通过分析电动机工作时电路中的能量转化情况

2、,能从能量守恒能从能量守恒 的角度理解电功和电热的关系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提升用能量的观点来解释物理现 象的能力象的能力. 1 电路中的能量转化电路中的能量转化 知识点一知识点一 电功和电功率电功和电功率 答案答案:(1)电风扇电风扇:电能转化为机械能和内能电能转化为机械能和内能. (2)电解槽电解槽:电能转化为化学能和内能电能转化为化学能和内能. (3)电热水器电热水器:电能转化为内能电能转化为内能. 用电器工作时用电器工作时,电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能,是通过电流做功是通过电流做功 来实现的来实现的. 1.结合已学知识和你的生活经验结合

3、已学知识和你的生活经验,说明下列用电器工作时的说明下列用电器工作时的 能量转化情况以及这些转化是如何实现的能量转化情况以及这些转化是如何实现的. (1)电风扇电风扇 (2)电解槽电解槽 (3)电热水器电热水器 2.电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流,电能转化为其他形式的能是电能转化为其他形式的能是 通过电流做功实现的通过电流做功实现的,那么电流做功的实质是什么那么电流做功的实质是什么?电流电流 做功的多少和快慢分别用哪个物理量表示做功的多少和快慢分别用哪个物理量表示? 答案答案:电流做功的实质电流做功的实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静导体中的恒定电场对自由电荷的静 电力在做功电力

4、在做功.自由电荷在静电力的作用下做定向移动自由电荷在静电力的作用下做定向移动,结果结果 电荷的电势能减少电荷的电势能减少,其他形式的能增加其他形式的能增加.电流做功的多少和电流做功的多少和 快慢分别用电功、电功率表示快慢分别用电功、电功率表示. 3.电功电功. (1)电流在一段电路中所做的功电流在一段电路中所做的功,等于这段电路、等于这段电路、 、三者的乘积、三者的乘积. (2)计算公式计算公式:. 4.电功率电功率. (1)概念概念:电流在一段电路中与之比叫作电功率电流在一段电路中与之比叫作电功率,用用P表示表示. (2)公式公式:P= =. (3)单位单位:,符号为符号为. 两端的电压两端

5、的电压U 电路中的电流电路中的电流I 通电时间通电时间t W=UIt 所做的功所做的功 通电时间通电时间 UI 瓦特瓦特 W 知识点二知识点二 焦耳定律焦耳定律 1.电热水壶工作时电热水壶工作时,通过电热丝和导线的电流相同通过电热丝和导线的电流相同,为什么为什么 通电一段时间后水壶可以把水烧开通电一段时间后水壶可以把水烧开,而导线却几乎不发热而导线却几乎不发热? 电流通过导体产生热量的多少可能跟什么因素有关电流通过导体产生热量的多少可能跟什么因素有关? 答案答案:由于导线的电阻很小由于导线的电阻很小,在相同的通电时间内导线上产在相同的通电时间内导线上产 生的热量很少生的热量很少,所以导线几乎不

6、发热所以导线几乎不发热.电流通过导体产生热电流通过导体产生热 量的多少可能与导体的电阻、电流、通电时间有关量的多少可能与导体的电阻、电流、通电时间有关. 2.焦耳定律焦耳定律. (1)内容内容:电流通过导体产生的热量跟成正比电流通过导体产生的热量跟成正比,跟导体的跟导体的 及成正比及成正比. (2)表达式表达式:Q=. (3)电流通过导体发热的功率电流通过导体发热的功率:P热 热= =. 电流的二次方电流的二次方 电阻电阻 通电时间通电时间 I2Rt I2R 知识点三知识点三 电路中的能量转化电路中的能量转化 1.电吹风工作时电吹风工作时,电能转化为什么能电能转化为什么能?电熨斗工作时电熨斗工

7、作时,电能转电能转 化为什么能化为什么能? 答案答案:电吹风工作时电吹风工作时,电能转化为机械能和内能电能转化为机械能和内能.电熨斗工作电熨斗工作 时时,电能全部转化为内能电能全部转化为内能. 2.电动机的能量转化电动机的能量转化. 从能量转化和守恒的角度看从能量转化和守恒的角度看,电动机从电源获得能量电动机从电源获得能量,一部一部 分转化为机械能分转化为机械能,还有一部分转化为内能还有一部分转化为内能. 设电动机两端的电压为设电动机两端的电压为U,通过电动机线圈的电流为通过电动机线圈的电流为I,电动电动 机线圈的电阻为机线圈的电阻为R. (1)求电动机消耗的总功率求电动机消耗的总功率P总 总

8、、电动机的发热功率 、电动机的发热功率P热 热和电动 和电动 机的机械功率机的机械功率P机 机. 答案答案:P总 总=UI P热 热=I2R P机 机=P总总-P热热=UI-I2R (2)在计算电动机的机械功率时渗透了哪种物理思想在计算电动机的机械功率时渗透了哪种物理思想? 答案答案:守恒思想守恒思想. (3)接通电源接通电源,若电动机转轴被卡住若电动机转轴被卡住,则电动机的总功率和发则电动机的总功率和发 热功率满足什么关系热功率满足什么关系? 答案答案:若电动机转轴被卡住若电动机转轴被卡住,则电动机的输出功率为则电动机的输出功率为0,电动电动 机的总功率和发热功率相等机的总功率和发热功率相等

9、. 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误错误 的打“的打“”).”). 1.电功与电能的单位都是焦耳电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能电功就是电能. ( ) 2.电功率越大电功率越大,表示电流做功越多表示电流做功越多. ( ) 3.电功率越大电功率越大,电路中产生的热量一定越多电路中产生的热量一定越多. ( ) 4.电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程. ( ) 5.热功率一定等于电功率热功率一定等于电功率.( ) 6.在任何电路中都可以用在任何电路中

10、都可以用Q=I2Rt求电热求电热.( ) 探究探究一一 电功和电功率电功和电功率 问题情境问题情境 下图表示一段导体下图表示一段导体,已知这段导体两端的电势差为已知这段导体两端的电势差为U,电荷从电荷从 左向右定向移动左向右定向移动,导体中的电流为导体中的电流为I. 1.经过时间经过时间t,通过这段导体某截面的电荷量是多少通过这段导体某截面的电荷量是多少?把这些把这些 电荷从左端移到右端电荷从左端移到右端,静电力做功是多少静电力做功是多少? 答案答案:通过这段导体任一截面的电荷量通过这段导体任一截面的电荷量q=It.根据公式根据公式W=qU, 静电力做的功为静电力做的功为W=UIt. 2.结合

11、已学知识和生活经验与同学讨论结合已学知识和生活经验与同学讨论,如何表示电流做功如何表示电流做功 的快慢的快慢. 答案答案:可用电流所做的功与通电时间之比来表示电流做功的可用电流所做的功与通电时间之比来表示电流做功的 快慢快慢,由由P= 和和W=UIt得电功率得电功率P=UI. 3.若把这段导体等效为阻值为若把这段导体等效为阻值为R1的电阻的电阻,当它与另一个阻值当它与另一个阻值 为为R2的电阻串联接入电路中时的电阻串联接入电路中时,它们消耗的电功率有什么关它们消耗的电功率有什么关 系系?若二者并联接入电路中若二者并联接入电路中,它们消耗的电功率有什么关系它们消耗的电功率有什么关系? 两种连接方

12、式中两种连接方式中,如何计算电流做功的总功率如何计算电流做功的总功率? 答案答案:串联串联:由由P=UI和和U=IR得得P=I2R,电阻电阻R1消耗的电功率消耗的电功率P1= I2R1,电阻电阻R2消耗的电功率消耗的电功率P2=I2R2,则则 = ,即串联电路中 即串联电路中,各各 电阻消耗的电功率与它们的电阻成正比电阻消耗的电功率与它们的电阻成正比. 由由P总 总=U总总I=(U1+U2)I=U1I+U2I得 得P总 总=P1+P2,即串联电路中 即串联电路中, 电流做功的总功率等于各电阻消耗的功率之和电流做功的总功率等于各电阻消耗的功率之和. 并联并联:由由P=UI和和I= 得 得P= ,

13、电阻电阻R1消耗的电功率消耗的电功率P1= ,电阻 电阻 R2消耗的电功率消耗的电功率P2= ,则 则 = ,即并联电路中 即并联电路中,各电阻消耗各电阻消耗 的电功率与它们的电阻成反比的电功率与它们的电阻成反比. 由由P总 总=UI总总=U(I1+I2)=UI1+UI2得 得P总 总=P1+P2,即并联电路中 即并联电路中,电电 流做功的总功率等于各电阻消耗的功率之和流做功的总功率等于各电阻消耗的功率之和. 过程建构过程建构 1.对电功的理解对电功的理解. (1)从力的角度看从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷电流做功的实质是静电力对自由电荷 做功做功. (2)从能的角度看从能的角

14、度看,电流做功的过程是电能转化为其他形电流做功的过程是电能转化为其他形 式的能的过程式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量电功的大小量度了电能的减少量,标志着标志着 电能转化为其他形式的能的多少电能转化为其他形式的能的多少. (3)W=qU=UIt是电功的计算式是电功的计算式,适用于任何电路适用于任何电路. 2.对电功率的理解对电功率的理解. (1)电功率的计算式电功率的计算式P= =UI对任何电路都适用对任何电路都适用. (2)额定功率和实际功率额定功率和实际功率. 比较项比较项 额定功率额定功率 实际功率实际功率 概念概念 用电器上标的功率用电器上标的功率,即用电器即用电器 正常工作时

15、消耗的电功率正常工作时消耗的电功率 用电器实际工作时消耗的电用电器实际工作时消耗的电 功率功率 计算计算 P额 额=U额额I额额 P实 实=U实实I实实 联系联系 用电器正常工作时用电器正常工作时,实际功率等于额定功率实际功率等于额定功率 【典例【典例1】有分别标有“】有分别标有“220 V 100 W”“”“220 V 60 W” 的两个灯泡的两个灯泡(电阻不变电阻不变),把它们串联接到把它们串联接到220 V的电源上的电源上. (1)两灯泡的实际功率各是多少两灯泡的实际功率各是多少?哪个灯泡更亮哪个灯泡更亮? (2)通电通电0.5 h,两灯泡各消耗多少电能两灯泡各消耗多少电能? 解析解析:

16、由由P=UI和和I= 得 得P= ,100 W的灯泡电阻的灯泡电阻R1= =484 , 60 W的灯泡电阻的灯泡电阻R2= =807 .当串联接到当串联接到220 V电源上时电源上时,由由 I= 得电路中的电流 得电路中的电流I= +=0.17 A.100 W灯泡两端的实际 灯泡两端的实际 电压电压U1实 实=IR1,灯泡的实际功率 灯泡的实际功率P1实 实=U1实实I=I 2R 1=14.0 W; 60 W灯泡两端的实际电压灯泡两端的实际电压U2实 实=IR2,灯泡的实际功率 灯泡的实际功率P2实 实 =U2实 实I=I2R2=23.3 W.因为 因为P2实 实P1实实,所以 所以60 W的

17、灯泡更亮的灯泡更亮. (2)100 W灯泡消耗的电能灯泡消耗的电能W1=P1实 实t=25 200 J, 60 W灯泡消耗的电能灯泡消耗的电能W2=P2实 实t=41 940 J. 答案答案:(1)14.0 W 23.3 W 60 W的灯泡更亮的灯泡更亮 (2)25 200 J 41 940 J 探究探究二二 焦耳定律焦耳定律 问题情境问题情境 电热水器是生活中常用的一种电加热器电热水器是生活中常用的一种电加热器,如图所示如图所示.其内部电其内部电 热元件的电阻为热元件的电阻为R,电路接通后电路接通后,通过电热水器的电流为通过电热水器的电流为I. 答案答案:电流通过电热水器做功时电流通过电热水

18、器做功时,电能全部转化为内能电能全部转化为内能,即电流即电流 做的功做的功W等于电热水器产生的热量等于电热水器产生的热量Q,有有Q=W=UIt,根据根据U=IR, 得热量得热量Q的表达式为的表达式为Q=I2Rt. 1.若通电时间为若通电时间为t,如何计算电流通过电热水器产生的热量如何计算电流通过电热水器产生的热量? 2.如何计算电流的发热功率如何计算电流的发热功率?电流的发热功率一定与电流电流的发热功率一定与电流 做功的功率相等吗做功的功率相等吗? 答案答案:因为因为W=Q,所以此时的电功率所以此时的电功率P= = ,此时的电功率就此时的电功率就 是电流的发热功率是电流的发热功率,P热 热=I

19、2R.在推导 在推导P热 热=I2R时 时,用到了用到了W=Q, 它要求电流做的功全部变成热它要求电流做的功全部变成热,这种电路称为纯电阻电路这种电路称为纯电阻电路, 也就是说也就是说,只有在纯电阻电路中只有在纯电阻电路中,电流的发热功率才与电流电流的发热功率才与电流 做功的功率相等做功的功率相等. 3.若把电热水器换成电风扇接入电路若把电热水器换成电风扇接入电路,则电流做的功与电流则电流做的功与电流 通过电风扇产生的热量是什么关系通过电风扇产生的热量是什么关系?电流做功的功率与电流电流做功的功率与电流 通过电风扇的发热功率是什么关系通过电风扇的发热功率是什么关系? 答案答案:电风扇转动是靠电

20、动机带动的电风扇转动是靠电动机带动的,电风扇工作时电动机电风扇工作时电动机 从电源获得能量从电源获得能量,一部分转化为电风扇的机械能一部分转化为电风扇的机械能,另一部分转另一部分转 化为内能化为内能.从能量转化与守恒的角度看从能量转化与守恒的角度看,三者满足三者满足W电 电=Q+W机机 械械,其中 其中W电 电=UIt,Q=I2Rt,W电电Q.对应的功率关系为 对应的功率关系为P电 电=P热热+P 机械机械,其中 其中P电 电=UI,P热热=I2R,P电电P热热. 4.含有电动机的电路可看成哪种电路含有电动机的电路可看成哪种电路?能量转化时能量转化时,它与纯它与纯 电阻电路有何区别电阻电路有何

21、区别? 5.有“有“220 V 40 W”的白炽灯和“”的白炽灯和“220 V 40 W”的电”的电 动机动机,把它们并联后接到把它们并联后接到220 V 的照明电路中的照明电路中,二者都能正二者都能正 常工作常工作,它们在相同的时间内产生的热量相同吗它们在相同的时间内产生的热量相同吗?为什么为什么? 答案答案:含有电动机的电路可看成非纯电阻电路含有电动机的电路可看成非纯电阻电路.能量转化时能量转化时, 在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中,电能转化为内能和其他形式的能电能转化为内能和其他形式的能;在纯在纯 电阻电路中电阻电路中,电能全部转化为内能电能全部转化为内能. 答案答案:不相同不相同.电动

22、机和白炽灯消耗的电能相同电动机和白炽灯消耗的电能相同,电动机把一电动机把一 部分电能转化为内能部分电能转化为内能,另一部分转化为机械能另一部分转化为机械能;白炽灯消耗白炽灯消耗 的电能全部转化为内能的电能全部转化为内能. 过程建构过程建构 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路和非纯电阻电路的比较. 比较项比较项 纯电阻电路纯电阻电路 非纯电阻电路非纯电阻电路 用电器用电器 举例举例 白炽灯、电炉、电熨斗、白炽灯、电炉、电熨斗、 电饭锅电饭锅 电动机、电解槽电动机、电解槽 能量转化能量转化 能量关系能量关系 W=Q,即即UIt=I2Rt= t W=Q+E其他 其他,即 即UIt=I2Rt+E

23、其他 其他 功率关系功率关系 P=P热 热,即 即UI=I2R P=P热 热+P其他其他,即 即UI=I2R+P其他 其他 是否遵守是否遵守 欧姆定律欧姆定律 遵守欧姆定律遵守欧姆定律,I= 不遵守欧姆定律不遵守欧姆定律,II2R D.Q=I2Rt适用于任何电路适用于任何电路 答案答案:C 2.室内有几种用电器室内有几种用电器:1.5 kW的电饭煲、的电饭煲、200 W的电冰箱、的电冰箱、 750 W的取暖器、的取暖器、250 W的电视机和的电视机和2 kW的空调器的空调器.如果如果 进户线处有进户线处有13 A的保险丝的保险丝,供电电压为供电电压为220 V,下列情况下不下列情况下不 能同时

24、使用的是能同时使用的是( ) A.电饭煲和电冰箱电饭煲和电冰箱 B.取暖器和空调器取暖器和空调器 C.电饭煲和空调器电饭煲和空调器 D.电冰箱、电视机和空调器电冰箱、电视机和空调器 3.(多选多选)有两个灯泡有两个灯泡L1、L2,它们的电阻不变它们的电阻不变,额定电压皆额定电压皆 为为6 V,额定功率分别为额定功率分别为6 W、3 W,将它们接在电路中将它们接在电路中,下列下列 说法正确的是说法正确的是( ) A.若将它们串联接在电路中若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为两灯泡的总功率最大为9 W B.若将它们串联接在电路中若将它们串联接在电路中,两灯泡的总功率最大为两灯泡的总功率最大

25、为4.5 W C.若将它们并联接在电路中若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为两灯泡的总功率最大为9 W D.若将它们并联接在电路中若将它们并联接在电路中,两灯泡的总功率最大为两灯泡的总功率最大为4.5 W 答案答案:BC 4.把三个相同的灯泡接成如图甲、乙所示的电路把三个相同的灯泡接成如图甲、乙所示的电路,通过调通过调 节供电电压与滑动变阻器节供电电压与滑动变阻器R1、R2的阻值的阻值,使两组灯泡均能使两组灯泡均能 正常发光正常发光,并且两电路消耗的总电功率也相同并且两电路消耗的总电功率也相同,则则R1、R2满满 足足( ) 答案答案:A 甲甲 乙乙 A.R2=9R1 B.R2=6R1

26、 C.R2=3R1 D.R1=R2 5.小型直流电动机的线圈电阻为小型直流电动机的线圈电阻为r=1 ,与规格为“与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联”的小灯泡并联,再与阻值为再与阻值为R=5 的电阻串联的电阻串联,然后然后 接在接在U=12 V的电源上的电源上,如图所示如图所示,闭合开关闭合开关,小灯泡恰好正小灯泡恰好正 常发光常发光,电动机正常工作电动机正常工作,求求: (1)通过电动机的电流通过电动机的电流; (2)电动机的输出功率电动机的输出功率P出 出; (3)电动机的效率电动机的效率. 解析解析:(1)流经灯泡的电流流经灯泡的电流IL= =1 A, 流经电阻的电流流经电阻的电流IR= =1.6 A, 流经电动机的电流流经电动机的电流I=IR-IL=0.6 A. (2)电动机消耗的总功率电动机消耗的总功率P=ULI=2.4 W, 电动机的热功率电动机的热功率P热 热=I2r=0.36 W, 电动机的输出功率电动机的输出功率P出 出=P-P热热=2.04 W. (3)电动机的效率电动机的效率= 出 出 =85%. 答案答案:(1)0.6 A (2)2.04 W (3)85