电路中的能量转化 课件 2023-2024学年高二上物理人教版（2019）必修第三册.pptx

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1、人教版物理必修三人教版物理必修三第十二章第十二章 电能电能 能量守恒定律能量守恒定律第一节第一节 电路中的能量转化电路中的能量转化电动机通电时，电能转化为电动机通电时，电能转化为 能；能；日常生活中，为满足人们的各种需求，日常生活中，为满足人们的各种需求，通常将电能转化各种不同形式的能。通常将电能转化各种不同形式的能。电热水壶通电时，电能转化为电热水壶通电时，电能转化为 能；能；电动汽车充电时，电能转化为电动汽车充电时，电能转化为 能；能；白炽灯通电时，电能转化为白炽灯通电时，电能转化为 能和能和 能；能；化学化学机械机械光光热热内内功是能量转化的量度功是能量转化的量度电流是如何做功的？电流是

2、如何做功的？通过电流做功，把电能通过电流做功，把电能转化为其他形式的能转化为其他形式的能如图，在一段电路中，电路两端电压为如图，在一段电路中，电路两端电压为U U，在，在t t时间内，定时间内，定向移动电荷量为向移动电荷量为q q，则移动电荷，则移动电荷静电静电力做多少功？若电路力做多少功？若电路中的电流为中的电流为I I，又可以怎样表示，又可以怎样表示静电力静电力做功？做功？静电力做的功为：静电力做的功为：W=qU,q=ItW=qU,q=It即：即：W=qU=UItW=qU=UIt静电力静电力所做功等于这段电路两端电压、所做功等于这段电路两端电压、电路中电流、通电时间三者的乘积电路中电流、通

3、电时间三者的乘积静电力对自由电荷做的功静电力对自由电荷做的功一、一、电功电功（1 1）定义：在一段电路中静电力所做的功）定义：在一段电路中静电力所做的功,也就是通常所也就是通常所说的电流所做的功说的电流所做的功,简称为电功简称为电功（2 2）表达式：）表达式：W=qU=UIt W=qU=UIt （定义式适于任何电路）（定义式适于任何电路）（3 3）单位：国际单位制：焦耳）单位：国际单位制：焦耳 简称简称 焦（焦（J J）常用单位有：千瓦时（常用单位有：千瓦时（kWhkWh）.日常生活中称日常生活中称“度度”1kWh1kWh3.6103.6106 6J J（4 4）物理意义：电能转化为其他形式能

4、的量度。）物理意义：电能转化为其他形式能的量度。二、二、电功率电功率不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？（1 1）定义：）定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间的比值电流在一段电路中所做的功与通电时间的比值.（2 2）表达式）表达式：P=W/tP=W/t （比值定义法）（比值定义法）W=UIt P=UI W=UIt P=UI （定义式适于任何电路）（定义式适于任何电路）(3(3）单位：）单位：国际单位制：瓦（国际单位制：瓦（W W），），常用单位：千瓦（常用单位：千瓦（kWkW）1kW=10 1kW=103 3W W（4 4）物

5、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额定功率：额定功率：额定功率：额定功率：用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）实际电压：实际电压：实际电压：实际电压：用电器实际工作时的电压用电器实际工作时的电压用电器实际工作时的电压用电器实际工作时的电压实际功率：实际功率：实际功率：实际功率：

6、用电器在实际电压下的功率用电器在实际电压下的功率用电器在实际电压下的功率用电器在实际电压下的功率实际功率与额定功率的关系：实际功率与额定功率的关系：实实际际电电压压额额定定电电压压实实际际功功率率额额定定功功率率影响寿命影响寿命等于等于等于等于正常工作正常工作额定电压：额定电压：额定电压：额定电压：额定功率与实际功率额定功率与实际功率不能正常工作不能正常工作大于大于小于小于小于小于大于大于三、三、焦耳定律焦耳定律讨论交流：电炉丝和导线通过电流相讨论交流：电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热却几乎不发热?电流通过导体时产生热的多少跟什

7、么电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关因素有关?英国物理学家焦耳做了大量实验，并英国物理学家焦耳做了大量实验，并得出结论：导体产生的热量与导体电得出结论：导体产生的热量与导体电阻、通过导体的电流、通电时间有关。阻、通过导体的电流、通电时间有关。英国著名物理学家詹姆英国著名物理学家詹姆斯斯普雷斯科特普雷斯科特焦耳焦耳W=UIt U=IRQI2Rt我们用我们用控制变量法，沿着焦耳的足迹控制变量法，沿着焦耳的足迹研究电流通研究电流通过导体时产过导体时产生的热量与哪些因素有关生的热量与哪些因素有关.2RR1 1、将阻值分别为将阻值分别为2R2R和和R R的的两两电阻丝串联在电阻丝串联在电路中电路中

8、，一段，一段时间时间后，观察后，观察温度计温度计的示数，的示数，你能发现什么现象？说明什么规律？你能发现什么现象？说明什么规律？现象：现象：阻值为阻值为2R2R的的电阻电阻丝丝使温度计升高使温度计升高的温度是的温度是阻值为阻值为R R的的电阻电阻丝的丝的两倍两倍.说明：时间说明：时间和电流相同的情况和电流相同的情况下，下，电流电流产生的热量与电阻产生的热量与电阻成正比成正比.2 2、将将阻值均为阻值均为R R的的两电阻两电阻丝连接在两丝连接在两个电路中个电路中，使，使通过电阻丝的通过电阻丝的电流分别电流分别为为2I 2I 和和 I I，一段时间后，观察温度计一段时间后，观察温度计的示数，的示数

9、，你你能发现什么现象？说明什能发现什么现象？说明什么规律？么规律？现象：现象：电流为电流为2I2I 的的电阻丝电阻丝使温度计升使温度计升高的温度是高的温度是电流为电流为 I I 的的电阻电阻丝的丝的四倍四倍.RR2 IIR说明：时间说明：时间和电阻相同的情况和电阻相同的情况下，下，电流电流产生的热量与电流平方产生的热量与电流平方成正比成正比.R3 3、将将阻值为阻值为R R的的电阻电阻丝连接在电路中丝连接在电路中，经过，经过t t、2t2t、3t 3t 时时间，间，分别分别观察温度计观察温度计的示数，的示数，你能发现什么现象？说明什么规律？你能发现什么现象？说明什么规律？现象：现象：经过经过2

10、t 2t 时间，时间，电阻丝电阻丝使温度计升高使温度计升高的温度是经过的温度是经过t t 时间时间的的两倍两倍；经过；经过3t 3t 时间，时间，电阻丝使温度计升高的温度是经过电阻丝使温度计升高的温度是经过t t 时间时间的的三三倍倍.说明说明：电流电流和电阻相同的情况和电阻相同的情况下下，电流电流产生产生的热量与时间成正比的热量与时间成正比.4 4、总结以上结论，你、总结以上结论，你能归纳出电流能归纳出电流产生的产生的热量与什么因素有关，满足什么热量与什么因素有关，满足什么规律吗？规律吗？1 1内容：电流通过导体时产生的热量内容：电流通过导体时产生的热量Q Q等于电流等于电流I I的二次方、

11、的二次方、导体的电阻导体的电阻 R R 和通电时间和通电时间 t t 三者的乘积三者的乘积 2 2表达式：表达式：Q QI I2 2Rt.Rt.普适普适微观解释微观解释:电流通过导体时，做定向移动的自由电子要频繁电流通过导体时，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的作用地跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高。运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高。单位时间内导体的发热量叫做热功率单位时间内导体的发

12、热量叫做热功率热功率等于通电导体中电流热功率等于通电导体中电流I I 的二次方与导体电阻的二次方与导体电阻R R 的乘积的乘积3 3热功率：热功率：表示电流表示电流发热快慢发热快慢的物理量。的物理量。焦耳定律焦耳定律：四、电路中的能量转换四、电路中的能量转换讨论交流：讨论交流：电路电路消耗电能和产生热量相等吗？消耗电能和产生热量相等吗？电功：电功：W=UIt W=UIt 电路消耗的电能（电流做的总功）电路消耗的电能（电流做的总功）电热（焦耳定律）电热（焦耳定律）:Q QI I2 2Rt Rt 电路产生的热量（转化为的内能）电路产生的热量（转化为的内能）纯电阻纯电阻:将电能全部转化为内能的电路元

13、件将电能全部转化为内能的电路元件.如：如：白炽灯、电白炽灯、电热丝、被卡住的电动机等热丝、被卡住的电动机等全都由纯电阻元件组成的电路称为全都由纯电阻元件组成的电路称为纯电阻电路纯电阻电路.W W电电=Q=Q热热非纯电阻非纯电阻:电能一部分转化为内能还有一部分转化为其它形式电能一部分转化为内能还有一部分转化为其它形式能量的元件如：能量的元件如：电动机，电解槽等电动机，电解槽等含有非纯电阻元件的电路称为含有非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路非纯电阻电路.W W电电Q Q热热电功电功电热电热电功与电电功与电热的比较热的比较电功实质是静电力移动电电功实质是静电力移动电荷做的功，荷做的功，W WqUqU

14、UItUIt电热是由于电流的热效应，电热是由于电流的热效应，电流通过导体发热，电流通过导体发热，Q QI I2 2RtRt电功与电电功与电热的联系热的联系与区别与区别纯电阻电路纯电阻电路电流做功，全部转化为内电流做功，全部转化为内能：能：W WQ Q非纯电阻电路非纯电阻电路电流做功，转化为内能和其电流做功，转化为内能和其他形式的能：他形式的能：W WQ QW W其他其他(WQ)(WQ)电功率与电功率与热功率的热功率的关系关系纯电阻电路中纯电阻电路中P PUIUII I2 2R RU U2 2/R/R非纯电阻电路中非纯电阻电路中UIUII I2 2R R(U(U2 2/R)t/R)t 即不能表示

15、电功，也即不能表示电功，也不能表示电热不能表示电热电功和电热的关系电功和电热的关系电动机（非纯电阻元件）的电动机（非纯电阻元件）的“三个功率和效率三个功率和效率”(1)(1)输入功率：电动机消耗的总功率输入功率：电动机消耗的总功率 P P入入UIUI (2)(2)热功率：线圈上电阻的发热功率热功率：线圈上电阻的发热功率 P P热热I I2 2r r(3)(3)输出功率：电动机将电能转化为机输出功率：电动机将电能转化为机械能的功率，也称机械功率械能的功率，也称机械功率 P P出出P P入入-P P热热=IUIUI I2 2r r(4)(4)电动机的效率：电动机的效率：电动机是一种非纯电阻用电器，

16、它把电能转化为机械能和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热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用在电路计算中，欧姆定律不再适用于电动机。于电动机。练习练习1 1下列关于电功的说法中错误的是下列关于电功的说法中错误的是()A A导体内静电力移送电荷所做的功叫作电功导体内静电力移送电荷所做的功叫作电功B B电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程C C电流做功消耗的能量，由电源供给电流做功消耗的能量，由电源供给D D电功就是电能电功就是电能解析：解析：根据电功的定义及特点，可以判断根据电功的定义及特点，可以判断A A、B B、

17、C C均正确；均正确；电功是电能转化为其他形式的能的量度，功和能是不同的电功是电能转化为其他形式的能的量度，功和能是不同的概念，概念，D D错误。本题选说法错误的，故选错误。本题选说法错误的，故选D D。D D解析：解析：W WUItUIt、Q QI I2 2RtRt适用一切电路，在纯电阻电路中适用一切电路，在纯电阻电路中W WQ Q，在非纯电阻电路中，在非纯电阻电路中W WQ Q，B B正确，正确，A A、C C、D D错误。错误。练习练习2 2关于电功关于电功W W和电热和电热Q Q的说法正确的是的说法正确的是()A A在任何电路中都有在任何电路中都有W WUItUIt、Q QI I2 2

18、RtRt，且，且W WQ QB B在任何电路中都有在任何电路中都有W WUItUIt、Q QI I2 2RtRt，但，但W W不一定等于不一定等于Q QC CW WUItUIt、Q QI I2 2RtRt均只有在纯电阻电路中才成立均只有在纯电阻电路中才成立D DW WUItUIt在任何电路中都成立，在任何电路中都成立，Q QI I2 2RtRt只在纯电阻电路只在纯电阻电路中成立中成立B B练习练习3 3(多选多选)关于四个公式：关于四个公式：P PUIUI；P PI I2 2R R；P PU U2 2/R R；P PW/W/t t，下列叙述正确的是，下列叙述正确的是()A)A公式公式适适用于任

19、何电路的电功率的计算用于任何电路的电功率的计算B B公式公式适用于任何电路的适用于任何电路的热功率的计算热功率的计算C C公式公式适用于任何电路的电功率的计适用于任何电路的电功率的计算算D D以上均不正确以上均不正确解析：解析：P PUIUI、P PW/W/t t适用于任何电路的电功率的计算，而适用于任何电路的电功率的计算，而P PI I2 2R R、P PU U2 2/R R只适用于纯电阻电路的电功率的计算，只适用于纯电阻电路的电功率的计算，A A正确，正确，C C错误；错误；P PI I2 2R R适用于任何电路的热功率的计算，适用于任何电路的热功率的计算，P PUIUI、P PU U2

20、2/R R只适用于纯电阻电路的热功率的计算，只适用于纯电阻电路的热功率的计算，B B正确。正确。ABAB练习练习4 4一台电动机，线圈的电阻是一台电动机，线圈的电阻是 0.4 0.4，当它两端所加，当它两端所加的电压为的电压为 220 V 220 V 时，通过的电流是时，通过的电流是 5 A5 A。这台电动机发热。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？的功率与对外做功的功率各是多少？解解析：析：由焦耳定律可知，电动机发热的功率为由焦耳定律可知，电动机发热的功率为：电动机消耗的电功率为电动机消耗的电功率为：电动机电动机对外做功对外做功的电功率为的电功率为：这台电动机发热的功率为这台电动机

21、发热的功率为10W10W，对外做功的功率为对外做功的功率为1090W1090W。练习练习5 5有一个直流电动机有一个直流电动机,把它接入把它接入0.2 V0.2 V电压的电路时电压的电路时,电电动机不转动机不转,测得流过电动机的电流是测得流过电动机的电流是 0.4 A;0.4 A;把它接入把它接入2 V2 V电电压的电路中压的电路中,电动机正常工作电动机正常工作,工作电流是工作电流是1 A1 A。(1)(1)求这台电动机的内阻求这台电动机的内阻;(2)(2)求电动机正常工作时的输出功率求电动机正常工作时的输出功率;(3)(3)如在正常工作时如在正常工作时,转子突然被卡住转子突然被卡住,此时电动

22、机的发热功此时电动机的发热功率为多大率为多大?解析解析:(1)(1)电动机不转时电路为纯电阻电路电动机不转时电路为纯电阻电路,由欧姆定律可知由欧姆定律可知电动机线圈的电阻电动机线圈的电阻:(2)(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路电动机正常工作时电路为非纯电阻电路,消耗的总功率：消耗的总功率：P P总总=UI=21 W=2 W=UI=21 W=2 W。线圈电阻的热功率：线圈电阻的热功率：P P热热=I=I2 2r=1r=12 20.5 W=0.5 W0.5 W=0.5 W。则电动机正常工作时的输出功率：则电动机正常工作时的输出功率：P P出出=P=P总总-P-P热热=2 W-0.5 W=1

23、.5 W=2 W-0.5 W=1.5 W。(3)(3)电动机的转子突然被卡住时电动机的转子突然被卡住时,此时电路为纯电阻电路此时电路为纯电阻电路,发热功率：发热功率：练习练习6 6如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识识,结合该铭牌上获取的信息结合该铭牌上获取的信息,得出该电热水壶得出该电热水壶()A.A.只能在只能在220 V220 V电压下工作电压下工作B.B.正常工作正常工作5 min5 min耗电约耗电约0.5 kWh0.5 kWhC.C.正常工作时的电流约为正常工作时的电流约为6.8 A6.8 AD.D.用多用电表测量其电阻值约

24、为用多用电表测量其电阻值约为3232C C解析解析:从铭牌上可知额定功率从铭牌上可知额定功率P=1 500 W,P=1 500 W,额定电压额定电压 U=220 V U=220 V。电热水壶可以在低于电热水壶可以在低于220 V220 V电压下工作电压下工作,A,A错误错误;正常工作正常工作5 min5 min耗电耗电W=Pt=1.5 kWW=Pt=1.5 kW1/12 h=0.125kW1/12 h=0.125kWh,Bh,B错误错误;正常工作时的正常工作时的电流电流I=I=P/U6.8AP/U6.8A,C,C正确正确;其额定电阻其额定电阻R=R=U U2 2/P32,/P32,则在冷态则在

25、冷态时用多用电表测量其电阻值应远小于时用多用电表测量其电阻值应远小于32,D32,D错误。错误。练习练习7 7某某一用直流电动机提升重物的装置一用直流电动机提升重物的装置如图如图所示所示，重物，重物质量质量m=50kgm=50kg，电源提供恒定电压，电源提供恒定电压U=110VU=110V，不计各处不计各处摩擦，当摩擦，当电动机以电动机以v=v=0.90m/s0.90m/s的恒定速度向上的恒定速度向上提升重物提升重物时，电路中时，电路中电电流强度流强度 I=5AI=5A，求电动机线圈电阻，求电动机线圈电阻R R（g=10m/sg=10m/s2 2）.vU解析解析：电动机电动机消耗的功率：消耗的

26、功率：P P电电=UI=1105W=550W=UI=1105W=550W；电动机的输出功率（机械功率）：电动机的输出功率（机械功率）：P P机机=mgv=50100.9W=450W=mgv=50100.9W=450W，因为因为P P电电=P=P机机+P+P热热，转化，转化为内能的功率：为内能的功率：P P热热=P=P电电-P-P机机=550W-450W=100W=550W-450W=100W，又又P P热热=I=I2 2R R，代入数据解得电动机线圈的电阻：，代入数据解得电动机线圈的电阻：R=R=44。练习练习8 8一般地说一般地说,用电器的工作电压并不等于额定电压用电器的工作电压并不等于额定

27、电压,家家庭里通常不备电压表庭里通常不备电压表,但可以借助电能表测出用电器的实际但可以借助电能表测出用电器的实际工作电压工作电压,现在电路中只接入一个电热水壶现在电路中只接入一个电热水壶,壶的铭牌和电壶的铭牌和电能表的铭牌分别如图甲和乙所示。测得电能表的转盘转过能表的铭牌分别如图甲和乙所示。测得电能表的转盘转过125 r125 r的时间为的时间为 121 s,121 s,求此时加在电热水壶上的实际电压。求此时加在电热水壶上的实际电压。解析解析:设电热水壶的电阻为设电热水壶的电阻为R,R,由图甲知由图甲知:由图乙知电能表转由图乙知电能表转1 r1 r消耗的电能为消耗的电能为:设加在电热水壶上的实设加在电热水壶上的实际电压为际电压为U,U,则则:解得解得:U=200 VU=200 V。