1、第十二章第十二章 第第 1 节节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通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，加深 对功与能量转化关系的认识。 2通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律 解释生产、生活中的相关现象。 3从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的 区别和联系。 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， 增强理论联系实际的意识。 【课前预习】【课前预习】 一、电功和电功率一、电功和电功率 1电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。 2
2、电功 (1)电功推导： t 时间内通过电路的总电荷量 qIt 静电力移动电荷做功 WqU 则 t 时间内电流做功 WUIt (2)定义：电流在一段电路中所做的功，等于这段电路两端的电压、电路中的电流、 通电时间三者的乘积。 (3)公式：WUIt。 (4)单位：国际单位是焦耳，符号是 J。 3电功率 (1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。(比值定义) (2)公式：PW t UI。 (3)单位：国际单位是瓦特，符号是 W。 二、焦耳定律二、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表达式：QI2Rt。 3热功率：P 热Q t I
3、2R(电流通过导体发热的功率) 三、电路中的能量转化三、电路中的能量转化 1电能全部转化为导体内能(纯电阻电路) (1)电功与电热关系式： WQ(WUIt， QI2Rt)WQUItI2RtU 2 R t (遵循欧姆定律 UIR) (2)电功率与热功率关系式：P电P热UII2RU 2 R 2电能转化为内能以及其他形式能(非纯电阻电路，以电动机电路为例) (1)电功与电热关系式： WQE机UItI2RtE机UItI2Rt(不遵循 欧姆定律 UIR) (2)电功率与热功率关系式：P电P热P机UII2RP机 2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化学能，还有一部分转化为内能。 判一判
4、判一判 (1)电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能。() (2)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。 () (3)电功率越大，表示电流做功越多。() (4)焦耳定律的表达式为 QI2Rt，此式适用于任何电路。() (5)三个公式 PUI、PI2R、PU 2 R 没有任何区别，它们表达相同的意义，都是电 功率。() (6)电池从电源获得的能量一部分转化为化学能，还有一部分转化为内能。() 【学习过程】【学习过程】 任务一：串、并联电路中电功率的计算任务一：串、并联电路中电功率的计算 例 1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、
5、乙两电路所消耗的总功率分别用 P甲和 P乙表示，则下列结论中正确的是() 甲乙 AP 甲P乙 BP甲3P 乙 CP 乙3P甲 DP乙3P甲 B设每个灯泡正常工作时的电流为 I， 则甲图中电路的总电流为 3I， P甲12 V3I， 乙图中电路的总电流为 I，P乙12 VI，故有 P甲3P乙，B 正确。 反思总结反思总结 1串联电路功率关系 (1) 各支路电流 I 相同，根据 PI2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。 (2)总功率 P总U总I(U1U2Un)IP1P2Pn。 2并联电路功率关系 (1)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。 (2)总功率 P总U总I
6、U(I1I2In)P1P2Pn。 3结论 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。 变式训练 1-1有额定电压都是 110 V，额定功率 PA100 W，PB40 W 的电灯两 盏，若接在电压是 220 V 的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小 的电路是() ABCD 思路点拨：(1)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，功率与电阻成反比。 C若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为 110 V，对 A 电路，因为 RARB， 所以 UAUB，即 UB110 V，B 灯将被烧坏；对 B 电路，U
7、BU并，B 灯将被烧坏；对 C 电路，RA可能等于 B 灯与变阻器并联后的电阻，所以 UA可能等于 UB，等于 110 V， 两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为 200 W；对 D 电路，变阻器电阻可能等于两灯 并联后总电阻，可能有 UAUBU 并110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功 率为 280 W。综上可知，C 正确。 变式训练 1-2如图所示，电路两端的电压 U 保持不变，电阻 R1、R2、R3消耗的电 功率一样大，则 R1R2R3是() A111B411C144D122 C对 R2、R3，由 PU 2 R ，U2U3知，R2R311，对 R1、R2，由 PI2R，I1 2I
8、2知，R1R2I22I2114，C 正确。 任务任务二二：纯电阻电路和非纯电阻电路：纯电阻电路和非纯电阻电路 例 2一台电动机，线圈的电阻是 0.4，当它两端所加的电压为 220V 时，通过的 电流 为 5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？ 反思总结反思总结 1电动机的功率和效率 (1)电动机的总功率(输入功率)：P总U总I。 (2)电动机发热的功率：P热I2r。 (3)电动机的输出功率(机械功率)：P机P总P热UII2r。 (4)电动机的效率：P 机 P总100%。 变式训练 2-1在研究微型电动机的性能时， 可采用如图所示的实验电路。 当调节滑 动变阻器 R 使电动机停止转
9、动时，电流表和电压表的示数分别为 0.5 A 和 1.0 V；重新 调节 R 使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为 2.0A 和 15.0 V。求： (1)这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻； (2)若电动机以v1 m/s匀速竖直向上提升重物， 该重物的质量为多少？(g10 m/s2) 思路点拨：(1)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。 解析 (1)当电流表和电压表的示数为 0.5A 和 1.0 V 时，电动机停止工作，电动机 中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
10、、电压表示数分别为 2.0A 和 15.0 V， 则电动机的总功率 P总U2I215.02.0 W30.0 W 线圈电阻的热功率 P 热I22r2.022 W8.0 W 所以电动机的输出功率 P输出P总P热30.0 W8.0 W22.0 W。 (2)提示：P出mgv，则 mP 出 gv 2.2 kg。 答案(1)22.0 W2 (2) 2.2 kg 变式训练 2-2规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为 40 ， (1)接上 220 V 的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率； (2)如果接上 220 V 的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热 的功率。 解析(1)排气扇在 220 V 的电压下正常工作时的电流为，IP U 36 220 A0.16A， 发热功率为 P热I2R(0.16)240 W1 W。 转化为机械能的功率为 P机P电P热36 W1 W35 W。 (2)扇叶被卡住不能转动后， 电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能， 此时电动机中电流为 IU R 220 40 A5.5A， 电动机消耗的功率即发热功率为 P 电P热UI2205.5 W1 210 W。 答案(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W
