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 1.1. 电路中的能量转化电路中的能量转化 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？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？ 电饭锅和电风扇是常见的两种家电，二者的能量电饭锅和电风扇是常见的两种家电，二者的能量 转化情况相同吗？转化情况相同吗？ 理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热 现象
2、。现象。 1.1.理解电功的概念，掌握电功和电功率计算公式，能进行有关的计算。理解电功的概念，掌握电功和电功率计算公式，能进行有关的计算。 （科学思维）（科学思维） 2.2.理解电功率和热功率的区别和联系，能区别纯电阻电路和非纯电阻理解电功率和热功率的区别和联系，能区别纯电阻电路和非纯电阻 电路。电路。（科学探究）（科学探究） 体会课堂探究的乐趣，体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养，汲取新知识的营养， 让我们一起让我们一起 吧！吧！ 进进 走走 课课 堂堂 探究情景：如图一段电路两端的电压为探究情景：如图一段电路两端的电压为U U，通过的电，通过的电 流为流为I I，在，在t t时间内通过
3、这段电路任一横截面的电荷时间内通过这段电路任一横截面的电荷 量：量： 则则静电力做功：静电力做功： 【探究一：电流做功的规律】【探究一：电流做功的规律】 即：即： Itq UWq tUIW 例如：例如：电炉通电时，电能转化为内能；电炉通电时，电能转化为内能； 电动机通电时，电能转化为机械能；电动机通电时，电能转化为机械能； 电池充电时，电能转化为化学能。电池充电时，电能转化为化学能。 电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。 一、电功一、电功 1.1.定义：电场力定义：电场力( (或电流或电流) )所做的功。所做的功。 2.2.实质：电功
4、是电能转化为其他形式的能的量度。实质：电功是电能转化为其他形式的能的量度。 电流在一段电路中所做的功电流在一段电路中所做的功W W等于这段电路中的电等于这段电路中的电 流流I I、这段电路两端的电压、这段电路两端的电压U U、通电时间、通电时间t t三者的乘三者的乘 积。积。 4.4.单位：单位：焦焦(J)(J)、千瓦时、千瓦时(kWh)(kWh)。 1kW h3.6106 J 3.3.公式公式: : 适用范围：任何电路和元件适用范围：任何电路和元件 tUIW 1 1. .定义定义：单位时间内电流所做的功单位时间内电流所做的功。 物理意义：物理意义： 表示电流做功的快慢表示电流做功的快慢。 电
5、流在一段电路上做功的功率电流在一段电路上做功的功率P P等于这段等于这段 电路上的电流电路上的电流I I与这段电路两端的电压与这段电路两端的电压U U的乘积。的乘积。 3.3.单位：单位：瓦瓦(W)(W)、千瓦、千瓦(kW)(kW)。 1 kW103 W 二、电功率二、电功率 适用范围：任何电路和元件。适用范围：任何电路和元件。 2.2.公式公式: : UI W P t 几种常见家用电器的额定功率几种常见家用电器的额定功率 4.4.额定功率和实际功率额定功率和实际功率 额定功率额定功率: :用电器在用电器在额定电压额定电压下工作的功率。下工作的功率。 实际功率实际功率: :用电器在用电器在实际
6、电压实际电压下工作的功率。下工作的功率。 用电器用电器 2929寸彩电寸彩电 电熨斗电熨斗 电冰箱电冰箱 微波炉微波炉 台灯台灯 额定电压（额定电压（V V） 220220 220220 220220 220220 220220 额定功率（额定功率（W W） 100100150150 300300800800 100100150150 800800 1 2001 200 40406060 例例1.A1.A、B B、C C三个灯泡按如图所示的方式连接时三个灯泡按如图所示的方式连接时, ,各自消耗的实际功率相各自消耗的实际功率相 同，则同，则R RA A:R:RB B:R:RC C为为( ( )
7、) A.1:1:1A.1:1:1 B.1:2:2 B.1:2:2 C.2:1:1C.2:1:1 D.1:4:4D.1:4:4 A C B D D 电 流 的 热 效 应 电 流 的 热 效 应 在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的 电势能转化为电荷的动能；在电势能转化为电荷的动能；在金属导体中金属导体中，在电，在电 场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子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，使离子热运碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运 动加剧，动加剧，将电能全部转化为内能将电能全部转化为内能。 三、电热三
8、、电热 定义定义: :电流通过导体产生的热量。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电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢? ? 猜想：电流的热效应与哪些因素有关呢？猜想：电流的热效应与哪些因素有关呢？ 电流电流I的大小的大小 通电时间通电时间t的长短的长短 电阻电阻R的大小的大小 【探究二：电流热效应规律】【探究二：电流热效应规律】 焦 耳 定 律 探 究 焦 耳 定 律 探 究 【探究实验】【探究实验】 控制变量法控制变量法 【探究结论】【探究结论】 IQ RQ tQ tRIQ 2 四、焦耳定律（实验定律）四、焦耳定律（实验定律） 1.内容：内容： 电流通过导
9、体产生的热量跟电流的二次方成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。正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。 2.定义式：定义式：QI2Rt。 4. 适用于一切电路。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）（包括纯电阻电路、非纯电阻电路中电热的计算） 3.焦耳热焦耳热单位：焦单位：焦(J)、千瓦时、千瓦时(kW h)。 1.1.定义定义: :单位时间内的发热量。单位时间内的发热量。 2 Q PI R t 五、热功率五、热功率 2.2.公式公式: : 3.3.单位：瓦单位：瓦(W)(W)、千瓦、千瓦(kW)(kW)。 热功率热功率P P等于通
10、电导体中电流等于通电导体中电流I I的二次方与导体的二次方与导体 电阻电阻R R的乘积。的乘积。 适用于一切电路适用于一切电路 例例2.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光， 甲、乙两电路所消耗的功率分别用甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲 甲和 和P乙 乙表示，则下列结论中正确的是 表示，则下列结论中正确的是 ( ) AP甲 甲=P乙乙 B P甲 甲=3P乙乙 CP乙 乙=3P甲甲 D P乙 乙3P甲甲 B B 三.电路中的能量转化 如图，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率
11、？功率间的关如图，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关 系又如何？系又如何？ 思考讨论：思考讨论： 1.纯电阻电路：电能全部转化为内能；如白炽电灯、电纯电阻电路：电能全部转化为内能；如白炽电灯、电 炉、电热毯等，炉、电热毯等，转子被卡住的电动机转子被卡住的电动机也是纯电阻器件也是纯电阻器件 规律：规律： 六、纯电阻电路和非纯电阻电路六、纯电阻电路和非纯电阻电路 电功等于电热：电功等于电热： 电功率等于热功率：电功率等于热功率： 欧姆定律：欧姆定律： 可见：欧姆定律适用于纯电阻电路可见：欧姆定律适用于纯电阻电路 QW ttRIUI 2 RIUI 2 R U I 2.非
12、纯电阻电路：电能转化为内能和其他形式的能量；非纯电阻电路：电能转化为内能和其他形式的能量； 如电路中含有电动机、电解槽等。如电路中含有电动机、电解槽等。 规律：规律： 电功大于电热：电功大于电热： 电功率大于热功率：电功率大于热功率： 欧姆定律：欧姆定律： 可见：欧姆定律不适用于非纯电阻电路可见：欧姆定律不适用于非纯电阻电路 QW ttRIUI 2 RIUI 2 R U I ERIUItt 2 纯电阻电路纯电阻电路 非纯电阻电路非纯电阻电路 元件特点元件特点 能量转化形式能量转化形式 U U、I I、R R 三者关系三者关系 电路中只有电阻元件电路中只有电阻元件 电路中除了电阻元件还有把电能转
13、化电路中除了电阻元件还有把电能转化 为内能和其他形式的能的元件为内能和其他形式的能的元件 电能全部转化为内能电能全部转化为内能 UIt=I2RtU=IR 电能只有一部分转化为内能，另一部分电能只有一部分转化为内能，另一部分 转化为机械能、化学能等其他形式的能转化为机械能、化学能等其他形式的能 量：量： UIt=IUIt=I2 2Rt+ERt+E其他 其他 I I2 2RtRt 欧姆定律成立欧姆定律成立 欧姆定律不成立欧姆定律不成立 【规律归纳】【规律归纳】 电功电功 = 电热电热: 电功率电功率=热功率：热功率： 电功：电功：W= UIt 电热：电热：Q=I2Rt 电功率：电功率：P=UIP=
14、UI 热功率：热功率：P热 热=I2R t R U RtIUItQW 2 2 R U RIUIPP 热 2 2 【规律比较】电功与电热的区别与联系【规律比较】电功与电热的区别与联系 纯电阻电路纯电阻电路 非纯电阻电路非纯电阻电路 大于大于 大于大于 例例3 3：一个电动机，线圈电阻是一个电动机，线圈电阻是0.4 ，当它两端所加的电压为，当它两端所加的电压为220V时，时， 通过的电流是通过的电流是5A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少。这台电动机每分钟所做的机械功有多少? 【解题关键】注意非纯电阻电路电功与电热的关系。【解题关键】注意非纯电阻电路电功与电热的关系。 解析解析: :根据能量守恒
15、定律得根据能量守恒定律得: UIt = I: UIt = I2 2Rt +WRt +W 故电动机每分钟所做的机械功为故电动机每分钟所做的机械功为: : W=(IUW=(IU- -I I2 2R)t =(5R)t =(5220220- -5 52 20.4) 0.4) 60J 60J =6.54=6.5410104 4 J J 答案：答案：6.546.5410104 4 J J 互动探究：互动探究： （1 1）这台电动机的输入功率、发热功率、输出功率）这台电动机的输入功率、发热功率、输出功率 分别是多少？分别是多少？ （2 2）其效率是多少？）其效率是多少？ 解析：电动机的输入功率等于输入端的电
16、流和电压的解析：电动机的输入功率等于输入端的电流和电压的 乘积，乘积，P P入 入=UI=5 =UI=5220W=1100W220W=1100W 发热功率发热功率P P热 热=I =I2 2R=10WR=10W 输出功率输出功率P P出 出=P =P入 入- - P P热热=1090W =1090W 效率效率= 100 % 99.1%= 100 % 99.1% P P 出 入 有关电动机的三个功率有关电动机的三个功率 1电动机的特性电动机的特性 电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，在电路计算中， 欧姆定律不
17、再适用欧姆定律不再适用。 2输入功率：输入功率：电动机的总功率电动机的总功率。由电动机电路的电流和电压决定，计算：由电动机电路的电流和电压决定，计算： P总 总 UI。 3输出功率：输出功率：电动机做有用功的功率电动机做有用功的功率。 4热功率：热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率 P热 热 I2r。 5功率关系功率关系：P总 总 P出 出 P热 热 6电动机的效率电动机的效率： 。 100% 例例4.某一用直流电动机提升重物的装置如图所示，重物质量某一用直流电动机提升重物的装置如图所示，重物质量 m=50kg，电源提供恒定电
18、压，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机，不计各处摩擦，当电动机 以以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流的恒定速度向上提升重物时，电路中电流I=5A，求，求 电动机线圈电阻电动机线圈电阻R（g取取10m/s2）。）。 v U=110V P电 电= P热热+ P机机 其中机械功率：其中机械功率： P机 机=mgv=50 100.9W=450W 电功率：电功率： P电 电=UI=110 5W=550W P热 热=P电电-P机机=550-450W=100W P热 热=I2R=100W 电动机线圈的电阻为电动机线圈的电阻为4。 解：解： R=4 纯电阻电路：电能转化
19、为内能纯电阻电路：电能转化为内能 非纯电阻电路：非纯电阻电路： 2 UItRt IE 其他 2 QRt I 焦耳定律焦耳定律 = t Q P热热功率热功率 电功电功 W=qUW=qU 单位：焦耳单位：焦耳 J 电功率电功率 W PUI t 单位：瓦特单位：瓦特 W 电路中的能量转化电路中的能量转化 1.1.（多选）（多选）关于电功，下列说法中正确的有关于电功，下列说法中正确的有 ( ( ) ) A.A.电功的实质是电场力所做的功电功的实质是电场力所做的功 B.B.电功是电能转化为内能的量度电功是电能转化为内能的量度 C.C.电场力做功是电能转化成其他形式能量的量度电场力做功是电能转化成其他形式
20、能量的量度 D.D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等电流通过电动机时的电功率和热功率相等 ACAC 2.2.（多选）（多选）计算任何用电器的电功率都适用的公式计算任何用电器的电功率都适用的公式 是是( ( ) ) CDCD R1 R2 R3 在串联电路中，功率跟电阻成正比。在串联电路中，功率跟电阻成正比。 3.3.如图所示的电路中，三电阻串联，其阻值如图所示的电路中，三电阻串联，其阻值R R1 1=2=2， R R2 2=3=3，R R3 3=6=6，电路总电压为，电路总电压为U U，各电阻消耗的功，各电阻消耗的功 率分别为率分别为P P1 1、 、P P2 2、P P3 3，则 ，则 P
21、 P1 1P P2 2P P3 3 等于 等于( )( ) A.2A.23 36 6 B.6B.63 32 2 C.1C.12 23 3 D.3D.32 21 1 A A 【解题关键】非纯电阻电路中计算电功率只能用【解题关键】非纯电阻电路中计算电功率只能用 P=UIP=UI，热功率只能用，热功率只能用P P热 热=I =I2 2R R。 C C 4 4. .加在某台电动机上的电压是加在某台电动机上的电压是U U，电动机电动机 消耗的电功率为消耗的电功率为P P，电动机线圈的电阻为电动机线圈的电阻为r r，则电动则电动 机线圈上消耗的热功率为机线圈上消耗的热功率为（ ） A AP P B BU
22、U2 2/ / r r C CP P2 2r r /U/U2 2 D DP PP P2 2r r / / U U2 2 5.5.有一个直流电动机，把它接入有一个直流电动机，把它接入0.2V0.2V电压电压 的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是 0.4A0.4A，若把它接入，若把它接入2V2V电压的电路中，电动机正常工作，电压的电路中，电动机正常工作， 工作电流是工作电流是1A1A。求：。求： （1 1）电动机正常工作时的输出功率。）电动机正常工作时的输出功率。 （2 2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动）如在正常工作时，转子突然被卡住
23、，此时电动 机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不 转动时为纯电阻用电器）转动时为纯电阻用电器） （1 1）转子不转时，电路为纯电阻电路，）转子不转时，电路为纯电阻电路， r= r= =0.5=0.5 电动机正常工作时，电动机正常工作时， P P电 电= =I I2 2U U2 2= =1 1 2W=2W2W=2W 电动机的热功率为电动机的热功率为 P P热 热= =I I2 22 2r= r=1 12 20.5W=0.5W0.5W=0.5W 电动机所做机械功的功率电动机所做机械功的功率 P P机 机= P = P电 电- -P P热热=1.5W =1.5W （2 2）转子突然被卡住，电动机的发热功率为）转子突然被卡住，电动机的发热功率为 P P热 热= W =8W = W =8W 解析：解析： 1 1 U I 22 2 U2 r0.5 生活不相信眼泪，唯有不停地奋斗，才能不断地完美。
