2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第12章電能 能量守恒定律第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化(4)課件

1、第十二章 電能能量守恒定律12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 通過(guò)實(shí)例分析,理解電能轉(zhuǎn)化為其他形式能是通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的,加深對(duì)功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)識(shí).2. 通過(guò)推導(dǎo)電功公式和焦耳定律,理解電功、電功率和焦耳定律,能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中相關(guān)現(xiàn)象.3. 從能量的轉(zhuǎn)化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化,理解電功和電熱的區(qū)別和聯(lián)系4. 聯(lián)系生活中的電風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備,體會(huì)能量轉(zhuǎn)化與守恒思想,增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí).12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化【開(kāi)啟新探索】從能量角度研究電路我們知道,在電路中使用不同的用電器,往往會(huì)有不同的能量轉(zhuǎn)化.回顧生活中用過(guò)的用電器,說(shuō)明用電器將電能轉(zhuǎn)化成怎樣

2、的能量？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化電能內(nèi)能電能機(jī)械能 內(nèi)能電能化學(xué)能 內(nèi)能12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化純電阻元件：電爐、電烙鐵等電熱器件,只將電能轉(zhuǎn)化為熱能,稱純電阻元件非純電阻元件：轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)、蓄電池、電解槽等元件,將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能、化學(xué)能等其它形式的能,稱非純電阻元件.【質(zhì)疑提升1】電功和電功率1. 功是能量轉(zhuǎn)化的量度,思考并說(shuō)明：用電器將電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過(guò)程中,是什么力做功實(shí)現(xiàn)的呢？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 自由電荷在靜電力的作用下做定向移動(dòng),電荷的電勢(shì)能減少,其他形式的能增加.即：電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功,也稱為電流做功,簡(jiǎn)稱電功.2. 如圖,在一段電路中,電路兩端電壓為U

3、,在t時(shí)間內(nèi),定向移動(dòng)電荷量為q,則移動(dòng)電荷電場(chǎng)力做多少功？若電路中的電流為I,又可以怎樣表示電場(chǎng)力做功？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流、通電時(shí)間三者的乘積 如果這段電路兩端的電勢(shì)差是U,定向移動(dòng)電荷量為q,靜電力做的功為： 如果移動(dòng)電荷所用的時(shí)間為t,電路中的電流為I,則： 即：?jiǎn)挝唬航苟?J）千瓦時(shí),俗稱“度”,符號(hào)是 kWh1 kWh = 1000W3600 s = 3.6106 J 12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化你對(duì)電功有怎樣的理解？電功的單位？ 電流做功的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力在做功. 意義：電流做功的過(guò)程是電勢(shì)

4、能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程,即電功是電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的量度.3. 電流在一段電路中做功的功率又怎樣求解？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化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.（1）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.P=UIW=UIt（3）意義：表示電流做功的快慢.（2）單位：瓦（W）,常用單位還有千瓦（kW）.1kW103W4. 想一下,用上述表達(dá)式求解電功和電功率,與接在電路中的元件是純電阻、非純電阻有關(guān)嗎？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化適用于一切電路：純電阻、非純電阻.辨析用電器的額定電壓、額定功率、實(shí)際功率.額定電壓：表示用電器正常工

5、作時(shí)的電壓額定功率：是用電器長(zhǎng)期正常工作時(shí)的最大功率,也就是用電器加上額定電壓時(shí)消耗的功率實(shí)際功率：用電器在工作中實(shí)際消耗的電功率若用電器在額定電壓下工作,則P實(shí)P額12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化幾種常見(jiàn)家用電器的額定功率 用電路29吋彩電電熨斗電冰箱微波爐臺(tái)燈額定電壓（V）220220220220220額定功率（W）1001503008001001508001200406012.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化【質(zhì)疑提升2】焦耳定律1. 在初中我們已學(xué)習(xí)了焦耳定律,回顧一下,焦耳定律的內(nèi)容？焦耳定律是實(shí)驗(yàn)定律、還是理論推導(dǎo)定律？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化1電熱：由于導(dǎo)體有電阻,使電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)消耗的電能中轉(zhuǎn)

6、化為內(nèi)能的那一部分能量叫電熱2內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比3公式：QI2Rt.2. 能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中是守恒的.在電路中,通過(guò)電流做功將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能.若電流通過(guò)電阻,設(shè)電阻為R的元件兩端電壓為U、通過(guò)元件的電流為I,則：（1）在時(shí)間t內(nèi)電流做的功W？產(chǎn)生的電熱Q？（2）W、Q大小上有怎樣關(guān)系？（3）通過(guò)兩者關(guān)系,有怎樣的推論？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化QI2RtWUItUItI2RtUIR歐姆定律適用于純電阻元件3.電流通過(guò)導(dǎo)體發(fā)熱的功率如何求解？在求解電熱的表達(dá)式中,是否對(duì)任何電路都可以適用呢？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 熱功

7、率:單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱功率叫做熱功率焦耳定律適用于純電阻電路,也適用于非純電阻電路 熱功率即電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率.熱功率等于通電導(dǎo)體中電流I 的二次方與導(dǎo)體電阻R 的乘積.【質(zhì)疑提升3】電路中的能量轉(zhuǎn)化1. 當(dāng)電流通過(guò)純電阻元件時(shí),電能完全轉(zhuǎn)化為熱能.但有些電路中除含有電阻外還含有其它負(fù)載,如電動(dòng)機(jī).以含電動(dòng)機(jī)的電風(fēng)扇為例,研究電路中的能量轉(zhuǎn)化.思考：當(dāng)電路中接入電風(fēng)扇,電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行.(1)電路中有怎樣的能量轉(zhuǎn)化？能量間又有怎樣的關(guān)系？(2)電路中有怎樣的功率關(guān)系？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化能量變化：電能W 轉(zhuǎn)化+內(nèi)能Q 機(jī)械能功率變化：P電=P機(jī)+P熱電能=內(nèi)能+機(jī)械能.12.1 電路中

8、的能量轉(zhuǎn)化例：如圖,一電阻為r的電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U,電流表示數(shù)為I,則在時(shí)間t內(nèi)電功W、電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱Q、電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能E分別為多少？W=UItQI2rtW=Q+E機(jī)即：UIt=I2rt+E機(jī)2.通過(guò)對(duì)非純電阻電路的分析,說(shuō)明：歐姆定律適用于非純電阻電路嗎？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化由UIt=I2rt+E機(jī)可得：UIt I2rt 有：U Ir 所以：歐姆定律不再適用于非純電阻電路此時(shí),加在非純電阻電路兩端的電壓,大于在非純電阻元件內(nèi)阻上的電壓. 12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 正常工作的電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U,通過(guò)的電流為I,經(jīng)時(shí)間為t時(shí),電功是否可以用 I2rt求解？產(chǎn)生的電熱是否可以用UIt

9、求解？為什么？ 非純電阻元件正常工作時(shí),電功需要用W=UIt求解,不能用I2rt .電熱需要用Q=I2rt 求解,不能用UIt. 非純電阻元件正常工作時(shí),歐姆定律不適用,電功和電熱的求解表達(dá)式不能相互轉(zhuǎn)換.(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率是電動(dòng)機(jī)消耗的總功率：12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化(2)電動(dòng)機(jī)的熱功率是線圈上電阻的發(fā)熱功率：P入U(xiǎn)IP熱I2rP出IUI2r(3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率是電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率：電動(dòng)機(jī)（非純電阻元件）的“三個(gè)功率和效率”(4)電動(dòng)機(jī)的效率：3.通過(guò)對(duì)純電阻電路、非純電阻電路的分析,思考不同電路中電功、電熱的求解方法：12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化純電阻電路: 非純電阻電路:電能 內(nèi)能電能 內(nèi)能+其它形式的能 QI2Rt WIUt=I=U/R電功 = 電熱:W=IUt = =I2RtU2t/R電功率=熱功率：P = I U = U2/R = I2R =P熱 WW 其QIUt I2RtIU/R電功：W= IUt電熱：Q=I2Rt電功率：P = IU熱功率：P熱=I2RRM=Q12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化1.WUIt是電功的計(jì)算式,P電UI是電功率的計(jì)算式,適用于任何電路.QI2Rt是電熱的計(jì)算式,可以計(jì)算任何