高中物理人教必修三第12章第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化課件

1、電路中的能量轉(zhuǎn)化人教版高中物理 必修3新知導(dǎo)入現(xiàn)代生活中隨處都可以見到用電設(shè)備和用電器，那么，你知道這些用電器中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的嗎？電熱水壺通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能新知導(dǎo)入那么，你知道電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過什么做功來實(shí)現(xiàn)的嗎？蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。新知講解一、電功和電功率1.電功（1）電場(chǎng)力(或電流)所做的功叫做電功。電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過電流做功來實(shí)現(xiàn)的。（2）電流做功實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力做功。自由電荷在靜電力的作用下做定向移動(dòng)，結(jié)果電荷的電勢(shì)能減少，其他形式的能增加。新知講解（3）試推導(dǎo)電功的表達(dá)式qqU問題：如

2、圖表示一段電路，這段電路兩端的電勢(shì)差是 U，電路中的電流為 I，電荷從左向右定向移動(dòng)，你能表示出t這段時(shí)間內(nèi)靜電力做的功嗎？解：這段時(shí)間內(nèi)通過這段電路任一截面的電荷量為q It靜電力做的功就是WUq UIt新知講解電功的定義式：W=IUt上式表示電流在一段電路中所做的功，等于這段電路兩端的電壓 U、電路中的電流 I、通電時(shí)間 t 三者的乘積。注意：公式適用于一切電路； U、I對(duì)應(yīng)同一段電路。單位：焦(J) 千瓦時(shí)(kWh). 1kWh3.6106J電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度。新知講解2.電功率（1）電流在一段電路中所做的功與通電時(shí)間之比叫作電功率，用 P 表示。（2）電功率公式：P UI

3、電流在一段電路中做功的功率 P 等于這段電路兩端的電壓 U 與電流 I 的乘積。（3）單位：瓦特（W）、千瓦（kw）新知講解二、焦耳定律我們知道能量在相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中是守恒的，下面我們應(yīng)用能量守恒定律分析電路中的能量轉(zhuǎn)化問題。思考：電流通過電熱水器中的電熱元件做功時(shí)，電路中的能量發(fā)生了怎樣轉(zhuǎn)化？新知講解電路中的電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，所以電流在這段電路中做的功 W UIt，等于這段電路產(chǎn)生的熱量 Q。即：Q W= UIt （1）由歐姆定律 U IR （2）由（1）、（2）可得熱量 Q 的表達(dá)式 Q I2 Rt新知講解1.焦耳定律（1）Q=I2Rt電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正

4、比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。這個(gè)關(guān)系式最初是由焦耳通過實(shí)驗(yàn)直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律（2）單位：I安，R歐，t秒， Q焦 2.焦耳定律適條件：純電阻電路新知講解3.純電阻電路和非純電阻電路（1）純電阻電路：電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如白熾燈、電爐、電烙鐵等。（2）非純電阻電路：除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能的用電器例如：電動(dòng)機(jī)、電解槽、電風(fēng)扇等 。4.電流發(fā)熱的功率（1）單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量:新知講解（2）公式：熱功率P等于通電導(dǎo)體中電流 I 的二次方與導(dǎo)體電阻R 的乘積。3. 單位：瓦(W) 千瓦(kW)。說明（1）純電阻電路中電功等于電熱；電功率等于熱功率w=UIt=

5、I2 Rt P=UI=（2）非純電阻電路中電功大于電熱；電功率大于熱功率。新知講解三、電路中的能量轉(zhuǎn)化焦耳定律討論了電路中電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的純電阻電路的情況，如果是非純電阻電路，那么它的能量又是如何轉(zhuǎn)化的呢？下面我們以下面我們以電動(dòng)機(jī)為例，討論一下電路中的能量轉(zhuǎn)化。新知講解當(dāng)電動(dòng)機(jī)接上電源后，會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度看，電動(dòng)機(jī)從電源獲得能量，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以這一過程涉及的功率有：P機(jī)和P損它們之間滿足：P 電 P 機(jī) P 損思考與討論1:當(dāng)電動(dòng)機(jī)接上電源后，會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，這里涉及哪些功率？功率間的關(guān)系又如何？思考討論2：假設(shè)有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓

6、為U，通過電動(dòng)機(jī)線圈的電流為I，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，你能用已知量表示出電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P電 和線圈消耗的熱功率P熱嗎？參考答案：電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P電 UI電動(dòng)機(jī)剛停止工作時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)外殼是熱的，說明工作時(shí)有電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則線圈消耗的熱功率P熱=I2R。新知講解思考討論3：電動(dòng)機(jī)損失的內(nèi)能和線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱能之間有什么關(guān)系？ P損 與P熱之間的關(guān)系呢？參考答案：電動(dòng)機(jī)損失的內(nèi)能包括轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦發(fā)熱產(chǎn)生的能量損失，空氣阻力損失的能量，線圈發(fā)熱產(chǎn)生的能量損失，嚴(yán)格來說損失的能量大于線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱能。不過主要的能量損失為線圈發(fā)熱產(chǎn)生的熱能。一般情況下認(rèn)為P損與P熱是相等的。新知講解新

7、知講解例題:一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，線圈的電阻是 0.4 ，當(dāng)它兩端所加的電壓為 220 V 時(shí)，通過的電流是 5 A。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率與對(duì)外做功的功率各是多少？分析本題涉及三個(gè)不同的功率：電動(dòng)機(jī)消耗的電功率 P電 、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率P熱 和對(duì)外做功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率 P機(jī) 。三者之間遵從能量守恒定律，即: P 電 P 機(jī) P 熱新知講解解: 由焦耳定律可知，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為P 熱 I2R 52 0.4W 10W電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P電 UI 2205 W 1 100 W根據(jù)能量守恒定律，電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功的功率為P 機(jī) P 電 P 熱 1 100 W 10 W 1090 W這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為 10

8、 W，對(duì)外做功的功率為 1090 W。課堂練習(xí)1下列用電器中，不是根據(jù)電流的熱效應(yīng)制成的是（）A電熱毯 B電熨斗 C電話 D電熱水器 C課堂練習(xí)2.一個(gè)定值電阻R，當(dāng)其兩端的電壓為U時(shí)，它在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q；當(dāng)其兩端的電壓為2U時(shí)，它在2t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為（）A2Q B4Q C6Q D8QD課堂練習(xí)3.電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而跟電爐連接的銅導(dǎo)線卻不太熱，原因是（）A通過電爐絲的電流大，而導(dǎo)線電流小 B電爐絲和銅導(dǎo)線消耗的電能相同，但銅導(dǎo)線散熱快，所以不熱 C銅導(dǎo)線的電阻比電爐絲小得多，在串聯(lián)的情況下銅導(dǎo)線的發(fā)熱量小 D電爐絲的兩端電壓比銅導(dǎo)線兩端的電壓小得多 C課堂練習(xí)4某電阻的

9、阻值為5，通過的電流為2A，則它在10s的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為（）A100J B200J C20J D2J B拓展提高1.如圖所示，R1=6，R2=3，R3=4，左右兩端接入電路后，關(guān)于這三只電阻的判斷正確的是（）A電流之比是I1：I2：I3=4：3：6 B電壓之比是U1：U2：U3=1：1：2 C功率之比是P1：P2：P3=4：3：6 D相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量之比Q1：Q2：Q3=6：3：4 BR1R2R3拓展提高2.兩根由同種材料制成的均勻電阻絲A、B串聯(lián)在電路中，A的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為d； B的長(zhǎng)度為2L，直徑為2d，那么通電后，A、B在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（）AQA：QB=2：1 BQA：QB=1：1 CQA：QB=1：2 DQA：QB=4：1 A拓展提高3通過電阻R的電流強(qiáng)度為I時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流強(qiáng)度為I/ 2 ，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為（）AQ /2 B2Q C4Q DQ/ 4 A課堂總結(jié)1.電功的定義式：W=IUt2.電功率公式：P UI3.焦耳定律： Q=I2Rt焦耳定律適條件：純電阻電路4.電流發(fā)熱的功率： P=I2R 5.從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度看，電動(dòng)機(jī)從電源獲得能量，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。板書設(shè)計(jì)一、電功和電功率1.電