1、1/10 1.电路中的能量转化电路中的能量转化 学习目标：学习目标：1.物理观念物理观念理解电功与电功率的概念：知道焦耳定律的物理意义；了理解电功与电功率的概念：知道焦耳定律的物理意义；了 解纯电阻电路和非纯电阻电路中能量的转化解纯电阻电路和非纯电阻电路中能量的转化； 从能量转化和能量守恒的角度理解电功与从能量转化和能量守恒的角度理解电功与 电热的区别电热的区别。 2.科学思维科学思维知道电流做功的过程就是电能与其他形式能量转化的过程知道电流做功的过程就是电能与其他形式能量转化的过程。 3.科学探究科学探究能从能量的转化角度推导焦耳定律能从能量的转化角度推导焦耳定律，关注焦耳定律在生活关注焦耳
2、定律在生活、生产中的应用生产中的应用。 4.科学态度与责任科学态度与责任了解科学技术与社会环境的关系，具有节约能源的意识，培养自觉了解科学技术与社会环境的关系，具有节约能源的意识，培养自觉 保护环境的行为习惯。保护环境的行为习惯。 阅读本节教材，回答第阅读本节教材，回答第 79 页页“问题问题”并梳理必要知识点。并梳理必要知识点。 教材教材 P79问题提示：都是电能转化为其他形式的能。问题提示：都是电能转化为其他形式的能。 一、电功和电功率一、电功和电功率 1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导体中的恒定电场对自由电荷的静电力静电力做功。做功。 2电功电功 (1)定义
3、定义：电流在一段电路中所做的功电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的等于这段电路两端的电压电压 U、电路中的电路中的电电流 流 I、通电、通电时间时间 t 三者的乘积。三者的乘积。 (2)公式：公式：WUIt。 (3)单位：国际单位是单位：国际单位是焦耳焦耳，符号是，符号是 J。 3电功率电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间通电时间之比。之比。 (2)公式：公式：PW t UI。 (3)单位：国际单位是单位：国际单位是瓦特瓦特，符号是，符号是 W。 二、焦耳定律二、焦耳定律 1内容：内容：电流通过导体产生的热量跟电流通过导体产生的热量跟电
4、流的二次方 电流的二次方成正比，跟成正比，跟导体的电阻导体的电阻及及通电通电 时间时间成正比。成正比。 2/10 2表达式：表达式：QI2Rt。 3热功率热功率 三、电路中的能量转化三、电路中的能量转化 1电动机工作时的能量转化电动机工作时的能量转化 (1)能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为能量关系：电动机从电源获得的能量一部分转化为机械能，还有一部分转化为 内能。内能。 (2)功率关系：电动机消耗的功率功率关系：电动机消耗的功率 P电 电等于电动机的输出功率 等于电动机的输出功率 P 机机与电动机损失的功 与电动机损失的功 率率 P 损损之和，即： 之和，即
5、：P 电电 P 机机 P 损损， ，P 电电 UI，P损 损 I2R。 2电池充电时的能量转化电池充电时的能量转化 电池从电源获得的能量一部分转化为电池从电源获得的能量一部分转化为化学化学能，还有一部分转化为内能。能，还有一部分转化为内能。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打，错误的打“” “”) (1)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。() (2)电功率越大，表示电流做功越多。电功率越大，表示电流做功越多。() (3)焦耳定律的表达式为焦耳定律的表达式为 QI2Rt，此式适用
6、于任何电路。，此式适用于任何电路。() (4)三个公式三个公式 PUI、PI2R、PU 2 R 没有任何区别，它们表达相同的意义，所示没有任何区别，它们表达相同的意义，所示 P 即是电功率。即是电功率。() 2当电阻两端加上某一稳定电压时当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为通过该电阻的电荷量为 0.3 C，消耗的电能消耗的电能为为 0.9 J。为在相同时间内使为在相同时间内使 0.6 C 的电荷量通过该电阻的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电在其两端需加的电压和消耗的电 能分别是能分别是() A3 V,1.8 JB3 V,3.6 J C6 V,1.8 JD6 V,3.
7、6 J D根据公式根据公式 WUq 可知，当通过该电阻的电荷量为可知，当通过该电阻的电荷量为 0.3 C，消耗的电能为，消耗的电能为 0.9 J 时时，电阻的两端电压为电阻的两端电压为 3 V，此时的电流为此时的电流为 I；若在相同时间内使若在相同时间内使 0.6 C 的电荷量通过该的电荷量通过该 电阻电阻，表明后者的电流是前者的二倍表明后者的电流是前者的二倍，则说明后者的电压也是前者的二倍则说明后者的电压也是前者的二倍，即在其两端即在其两端 3/10 需加的电压为需加的电压为 3 V26 V，消耗的电能为，消耗的电能为 W6 V0.6 C3.6 J，选项，选项 D 正确。正确。 3通过电阻通
8、过电阻 R 的电流为的电流为 I 时时，在时间在时间 t 内产生的热量为内产生的热量为 Q；若电阻为若电阻为 2R，电流为电流为 I 2时，则在时间 时，则在时间 t 内产生的热量为内产生的热量为() A4QB2QCQ 2 DQ 4 C由电热公式由电热公式 QI2Rt 可得可得 Q I 2 2 2Rt1 2I 2Rt Q 2 ，故选项，故选项 C 正确。正确。 串、并联电路中电功率的计算串、并联电路中电功率的计算 千瓦时是电功的单位还是电功率的单位？电能表是测量电路中消耗的电功率还是千瓦时是电功的单位还是电功率的单位？电能表是测量电路中消耗的电功率还是 电功？电功？ 提示：提示：千瓦时是电功的
9、单位；电能表是测量电路中消耗的电能。千瓦时是电功的单位；电能表是测量电路中消耗的电能。 1串联电路功率关系串联电路功率关系 (1)各部分电路电流各部分电路电流 I 相同，根据相同，根据 PI2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。，各电阻上的电功率与电阻成正比。 (2)总功率总功率 P总 总 UI(U1U2Un)IP1P2Pn。 2并联电路功率关系并联电路功率关系 (1)各支路电压相同，根据各支路电压相同，根据 PU 2 R ，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。 (2)总功率总功率 P总 总 UIU(I1I2In)P1P2Pn。 3.结论结论 无论是串联电路还是
10、并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。 【例【例 1】有额定电压都是有额定电压都是 110 V，额定功率额定功率 PA100 W，PB40 W 的电灯两盏的电灯两盏， 若接在电压是若接在电压是 220 V 的电路上的电路上，两盏电灯均能正常发光两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电那么电路中消耗功率最小的电 4/10 路是路是() AB CD 思路点拨：思路点拨：(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和。电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和。 (2)串联电路中，功率与电阻成正比；并联电路中，功
11、率与电阻成反比。串联电路中，功率与电阻成正比；并联电路中，功率与电阻成反比。 C若要两灯均正常发光若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为亦即每灯的电压均为 110 V，对对 A 电路电路，因为因为 RARB， 所以所以 UAUB，即即 UB110 V，B 灯将被烧坏灯将被烧坏；对对 B 电路电路，UBU并 并， ，B 灯将被烧坏灯将被烧坏；对对 C 电路，电路，RA可能等于可能等于 B 灯与变阻器并联后的电阻，所以灯与变阻器并联后的电阻，所以 UA可能等于可能等于 UB，等于，等于 110 V， 两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为 200 W；对；对 D
12、电路，变阻器电阻可能等于两电路，变阻器电阻可能等于两 灯并联后总电阻，可能有灯并联后总电阻，可能有 UAUBU并 并 110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总，两灯可能正常发光，且电路中消耗总 功率为功率为 280 W。综上可知，。综上可知，C 正确。正确。 功率求解的技巧功率求解的技巧 (1)在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式，如在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式，如 用电器电流相同时，用用电器电流相同时，用 PI2R 比较，若电压相同时，用比较，若电压相同时，用 PU 2 R 比较，若电阻相同时，比较，若电阻相同时， 可根据可
13、根据 I 或或 U 的关系比较。的关系比较。 (2)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要明求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要明 确是正比还是反比关系。确是正比还是反比关系。 (3)当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率。实际功率与额定功率不一当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率。实际功率与额定功率不一 定相等。定相等。 跟进训练跟进训练 1有两盏电灯有两盏电灯 L1和和 L2，用图中所示的两种方式连接到电路中用图中所示的两种方式连接到电路中，已知电压已知电压 U 相同相同， 且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电
14、灯且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电灯 L1的亮度，则的亮度，则() 5/10 甲甲乙乙 A甲图电路中灯甲图电路中灯 L1比乙图电路中灯比乙图电路中灯 L1亮亮 B乙图电路中灯乙图电路中灯 L1比甲图电路中灯比甲图电路中灯 L1亮亮 C两个电路中灯两个电路中灯 L1一样亮一样亮 D不知它们的额定电压和额定功率，无法判断不知它们的额定电压和额定功率，无法判断 B因为电压因为电压 U 相同，两盏电灯串联后，相同，两盏电灯串联后，L1两端电压小于两端电压小于 U；两盏电灯并联后，；两盏电灯并联后， 加在电灯两端的电压都为加在电灯两端的电压都为 U，因此并联后的灯泡较亮，选项，因此并联后的灯
15、泡较亮，选项 B 正确。正确。 纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路和非纯电阻电路 (教师用书独具教师用书独具)教材教材 P81“思考与讨论思考与讨论”答案提示：涉及到的功率有电功率、热功率和答案提示：涉及到的功率有电功率、热功率和 机械功率。且机械功率。且 P电 电 P 热热 P 机机。 。 (1)如图所示是电烙铁和电熨斗，为什么这些用电器通电后会发热呢？如图所示是电烙铁和电熨斗，为什么这些用电器通电后会发热呢？ (2)电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却 不怎么热，为什么？不怎么热，为什么？
16、提示：提示：(1)电流通过用电器时因电流做功，将电能变为热能。电流通过用电器时因电流做功，将电能变为热能。 (2)由由 QI2Rt 可知，电烙铁的烙铁头电阻比导线的电阻大很多，因此相同时间内可知，电烙铁的烙铁头电阻比导线的电阻大很多，因此相同时间内， Q烙铁头 烙铁头 Q导线 导线。 。 1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 纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路非纯电阻电路 元件特点元件特点电路中只有电阻元件电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他除电阻外还包括能把电能转化为其他 形式能的用电器形式能的用电器 欧姆定律欧姆定律服从欧姆定律服从欧姆定律不服从欧姆
17、定律不服从欧姆定律 能量转化能量转化电流做功全部转化为电热电流做功全部转化为电热电流做功除转化为内能外还要转化为电流做功除转化为内能外还要转化为 6/10 其他形式的能其他形式的能 元件举例元件举例电阻、电炉、白炽灯等电阻、电炉、白炽灯等电动机、电解槽等电动机、电解槽等 2.电功与电热的区别与联系电功与电热的区别与联系 (1)纯电阻电路纯电阻电路 WQUItI2RtU 2 R t； P 电电 P热 热 UII2RU 2 R 。 (2)非纯电阻电路非纯电阻电路 电功电功 WUIt，电热，电热 QI2Rt，WQ； 电功率电功率 P电 电 UI，热功率，热功率 P热 热 I2R，P电 电 P热 热。
18、 。 3电动机的功率和效率电动机的功率和效率 (1)电动机的总功率电动机的总功率(输入功率输入功率)：P总 总 UI。 (2)电动机发热的功率：电动机发热的功率：P热 热 I2r。 (3)电动机的输出功率电动机的输出功率(机械功率机械功率)： P机 机 P 总总 P 热热 UII2r。 (4)电动机的效率：电动机的效率：P 机机 P总 总 100%。 【例【例 2】在研究微型电动机的性能时在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路可采用如图所示的实验电路。当调节滑动当调节滑动 变阻器变阻器 R 使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为
19、 0.5A 和和 1.0 V；重新调；重新调 节节 R 使电动机恢复正常运转时使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为电流表和电压表的示数分别为 2.0A 和和 15.0 V。求这台求这台 电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。 思路点拨：思路点拨：(1)电动机停止转动，电路为纯电阻电路。电动机停止转动，电路为纯电阻电路。 (2)电动机正常运转，电路为非纯电阻电路。电动机正常运转，电路为非纯电阻电路。 解析解析当电流表和电压表的示数为当电流表和电压表的示数为 0.5A 和和 1.0 V 时时，电动机停止工作电动机停止工作，电动机中
20、电动机中 只有电动机的内阻消耗电能，其阻值只有电动机的内阻消耗电能，其阻值 rU1 I1 1.0 0.5 2 当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为 2.0A 和和 15.0 V， 7/10 则电动机的总功率则电动机的总功率 P总 总 U2I215.02.0 W30.0 W 线圈电阻的热功率线圈电阻的热功率 P 热热 I22r2.022 W8.0 W 所以电动机的输出功率所以电动机的输出功率 P 输出输出 P 总总 P 热热 30.0 W8.0 W22.0 W。 答案答案22.0 W2 上例中，若电动机以上例中，若电动机以 v1 m/s 匀速竖
21、直向上提升重物，该重物的质量为多少？匀速竖直向上提升重物，该重物的质量为多少？(g 取取 10 m/s2) 解析解析P输出 输出 mgv，则，则 mP 输出输出 gv 2.2 kg。 答案答案2.2 kg 1 当电动机不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时是一个纯电阻元件。当当电动机不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时是一个纯电阻元件。当 电动机转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时是非纯电阻元件。电动机转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时是非纯电阻元件。 2 求解非纯电阻电路问题时，注意区分电功率和热功率，弄清电功率、热功率、求解非纯电阻电路问题时，注意区分电功率和热功率，弄
22、清电功率、热功率、 其他功率的关系。其他功率的关系。 跟进训练跟进训练 训练角度训练角度 1：含电动机的电路：含电动机的电路 2一台电风扇和一盏白炽灯上都标有一台电风扇和一盏白炽灯上都标有“220 V 60W”的字样的字样，下列关于这两个家下列关于这两个家 用电器的说法，正确的是用电器的说法，正确的是 () A它们的电阻值一定相等它们的电阻值一定相等 B它们正常工作时，通过的电流一定不同它们正常工作时，通过的电流一定不同 C它们正常工作时，发热功率一定相等它们正常工作时，发热功率一定相等 D它们正常工作时，消耗的电功率一定相等它们正常工作时，消耗的电功率一定相等 D电风扇为非纯电阻电路电风扇为
23、非纯电阻电路，其电阻值一定小于白炽灯的电阻值其电阻值一定小于白炽灯的电阻值，A 错误错误；根据根据 P UI 可知，因功率相等，电压相等，故通过的电流一定相同，可知，因功率相等，电压相等，故通过的电流一定相同，B 错误；因电风扇消耗错误；因电风扇消耗 的电功只有部分转化为热量的电功只有部分转化为热量，故发热功率一定小于白炽灯的发热功率故发热功率一定小于白炽灯的发热功率，C 错误错误；根据题根据题 给信息可知，它们正常工作时，消耗的电功率一定相等，给信息可知，它们正常工作时，消耗的电功率一定相等，D 正确。正确。 训练角度训练角度 2：含电解槽的电路：含电解槽的电路 8/10 3如图所示，有一内
24、电阻为如图所示，有一内电阻为 4.4 的电解槽和一盏标有的电解槽和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串的灯泡串 联后接在电压为联后接在电压为 220 V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则的直流电路两端，灯泡正常发光，则() A电解槽消耗的电功率为电解槽消耗的电功率为 120 W B电解槽的发热功率为电解槽的发热功率为 60 W C电解槽消耗的电功率为电解槽消耗的电功率为 60 W D电路消耗的总功率为电路消耗的总功率为 60 W C灯泡能正常发光灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得说明电解槽和灯泡均分得 110 V 电压电压，且干路电流且干路电流 II 灯灯 60 W 110 V， ， 则
25、电解槽消耗的功则电解槽消耗的功率率PP灯 灯 60 W， C对对， A错错； 电解槽的发热功电解槽的发热功率率 P热 热 I2R1.3 W，B 错；整个电路消耗的功率错；整个电路消耗的功率 P总总220 V60 W 110 V 120 W，D 错。错。 1下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法错误的是下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法错误的是() 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电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 BWUIt 适用于任何电路，而适用于任何电路，而 WI2RtU 2 R t 只适用于纯电阻电路只适用于纯电阻电路 C在非纯电阻电路中，在非纯电
26、阻电路中，UII2R D焦耳热焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路适用于任何电路 A电功率公式为电功率公式为 PW t ，功率越大，表示电流做功越快。对于一段电路，有，功率越大，表示电流做功越快。对于一段电路，有 P 9/10 IU，IP U， ，焦耳热焦耳热 Q P U 2 Rt，可见可见 Q 与与 P、U、t 都有关都有关。所以所以，P 越大越大，Q 不一定越不一定越 大大，A 错误错误；WUIt 是电功的定义式是电功的定义式，适用于任何电路适用于任何电路，而而 WI2RtU 2 R t 只适用于纯只适用于纯 电阻电路，电阻电路，B 正确；在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所正
27、确；在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以以 WQ，即即 UII2R，C 正确正确；QI2Rt 是焦耳热的定义式是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳适用于任何电路中产生的焦耳 热，热，D 正确。正确。A 符合题意。符合题意。 2不考虑温度对电阻的影响，对一个不考虑温度对电阻的影响，对一个“220 V40 W”的灯泡，下列说法正确的的灯泡，下列说法正确的 是是() A接在接在 110 V 的电路上时的功率为的电路上时的功率为 20 W B接在接在 110 V 的电路上时的功率为的电路上时的功率为 10 W C接在接在 440 V 的电路上时的功率为的电路上时的功率为 160
28、 W D接在接在 22 V 的电路上时的功率为的电路上时的功率为 4 W B由由 P额 额 U 2 额额 R 得灯泡的电阻得灯泡的电阻 R1 210 。电压为电压为 110 V 时时，PU 2 R 10 W，故故 A 错误错误，B 正确正确；电压为电压为 440 V 时时，超过灯泡的额定电压一倍超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏故灯泡烧坏，P0，故故 C 错误；电压为错误；电压为 22 V 时，时，PU 2 R 222 1 210 W0.4 W，故，故 D 错误。错误。 3如图所示如图所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的一幢居民楼里住着生活水平各不相同的 24 户居民 户居民，所以整幢居民
29、楼所以整幢居民楼 里有各种不同的电器里有各种不同的电器，例如电炉例如电炉、电视机电视机、微波炉微波炉、电脑等电脑等。停电时停电时，用欧姆表测得用欧姆表测得 A、 B 间电阻为间电阻为 R；供电后，各家电器同时使用，测得；供电后，各家电器同时使用，测得 A、B 间电压为间电压为 U，进线电流为，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则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是() API2RBPU 2 R CPIUDPI2R U 2 R C家用电器中有纯电阻元件也有非纯电阻元件，故总电功率只能用家用电器中有纯电阻元件也有非纯电阻元件，故总电功率只能用 PUI 来计来计 算，算
30、，C 正确。正确。 4如图所示如图所示，电路两端的电压电路两端的电压 U 保持不变保持不变， ，电阻电阻 R1、R2、R3消耗的电功率一样大消耗的电功率一样大， 10/10 则则 R1R2R3是是() A111B41 1 C144D122 C对对 R2、R3，由，由 PU 2 R ，U2U3知，知，R2R311，对，对 R1、R2，由，由 PI2R，I1 2I2知，知，R1R2I22I2114，C 正确。正确。 5情境：情境：扫地机器人是智能家用电器的一种，正逐渐进入我们的生活，如图所示扫地机器人是智能家用电器的一种，正逐渐进入我们的生活，如图所示 是一款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地
31、面清扫机器人，已知其质量为是一款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人，已知其质量为 3 kg， 它与地面的有效接触面积为它与地面的有效接触面积为 0.01 m2。 问题：问题：若该机器人工作时功率为若该机器人工作时功率为 75 W，在，在 10 s 内沿直线匀速清扫的距离为内沿直线匀速清扫的距离为 5 m。 (g 取取 10 N/kg)扫地机器人在工作时，将什么能转化为什么能？机器人做的功是多少？扫地机器人在工作时，将什么能转化为什么能？机器人做的功是多少？ 解析解析扫地机器人在工作时，将电能转化为机械能。扫地机器人在工作时，将电能转化为机械能。 机器人在机器人在 10 s 内所做的功：内所做的功： WPt75 W10 s750 J。 答案答案见解析见解析
