2016高中物理216焦耳定律电路中的能量转化课件（教科版选修3-1）

6焦耳定律电路中的能量转化1．理解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能，会计算电流所做的功与电功率．2．知道纯电阻电路与非纯电阻电路的差别，会根据焦耳定律计算用电器产生的电热．3．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题.恒定电场

电能

电流

时间

IUt

焦

安培

伏特

秒

电流

瓦特

安

伏特

电流

电阻

时间

I2R

其他形式的

UI

I2r

U＝0

很大

内能

(4)并联电路中消耗的总功率P＝UI＝U(I1＋I2＋…In)＝UI1＋UI2＋…UIn＝P1＋P2＋…Pn即总功率等于并联各电阻消耗功率之和．2．对电功和电功率的理解(1)从力的角度，电流做功的实质是电场力对电荷做功．(2)从能的角度，电流做功是电能转化为其他形式能的过程，电功的大小量度着电能转化为其他形式能的多少．(3)电功率表示电流做功快慢的物理量．电功率大，表示电流做功快，并不表示电流做功多，电功率小，表示电流做功慢，并不表示电流做功少．3．用电器的额定功率与实际功率用电器的额定功率是用电器长期正常工作时的最大功率，也是用电器加上额定电压(或额定电流)时消耗的电功率．用电器的实际功率是用电器实际工作时消耗的电功率，为了使用电器不被烧坏，要求实际功率不能大于其额定功率．当电压不符合规定条件时，用电器的功率按实际使用的电压和电流计算．用电器上常标有“××V，××W”，指的是用电器的额定电压和额定功率．当电压未达到额定值时用电器一般不能正常工作，电压大于额定值时会烧毁用电器，有些电路元件上标有“××W，××A”，指的是这个元件的额定功率和允许通过的最大电流．用电器不在额定电压下工作时，我们往往忽略电阻随温度的变化而变化，此时由于电压变化导致电流变化，功率也变化．二、电热(焦耳定律)和热功率1．对焦耳定律的理解(1)电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的部分叫电热．在一段电路中只有电阻元件时Q＝W＝UIt，再由U＝IR可得Q＝I2Rt＝U2t/R.(2)适用范围：Q＝I2Rt是电热的定义式，可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热)．(3)焦耳定律的微观解释：电流通过导体的时候，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，电子在电场力的加速作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热振动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高．2．电功和电热的区别与联系(1)功是能量转化的量度，同样，电功是电能转化为其他形式的能的量度，电热是电能转化为内能的量度，可见电功与电热是两个不同的物理量．因此电功的定义式是W＝IUt，电热的定义式是Q＝I2Rt.在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等，电流做功将除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W＞Q，或IUt＞I2Rt，此种情况下，电功只能用公式W＝IUt进行计算，电热Q只能用公式Q＝I2Rt进行计算．3．电动机的等效处理电动机是一种非纯电阻性用电器，它把电能转化为机械能和热能．在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成，如图2－6－1，电流通过rD时把电能转化为热能，而线圈D把电能转化为机械能．【典例1】

将标有“220V、100W”和“220V、25W”字样的两个灯泡A和B串联后接入电路，为使两个灯泡都能安全使用，电路两端所加电压的最高值是多少？这时两灯的实际功率之和是多少？答案275V

31.25W借题发挥求解用电器串联且要求均能安全使用的问题时，应把额定电流最小的用电器的额定电流作为实际电流进行计算．【变式1】把六个相同的小灯泡接成如图2－6－2甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是(

)．A．P甲＝P乙

B．P甲＝3P乙

C．P乙＝3P甲

D．P乙＞3P甲解析设灯泡的额定电压为U，正常发光时的电流为I，则有P甲＝3IU＋3I(12－U)＝36I，P乙＝3IU＋I(12－3U)＝12I.所以P甲＝3P乙．答案B【典例2】

电动玩具汽车的直流电动机电阻一定，当加上0.3V电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机没有转动．当加上3V电压时，电流为1A，这时候电动机正常工作，求电动机正常工作时，产生的机械功率和发热功率．解析当加上0.3V电压电动机不转动时，R＝U1/I1＝0.3/0.3Ω＝1Ω；当加上3V电压时，电流为1A，消耗的电功率为：P＝IU＝1×3W＝3W发热功率P热＝I2R＝12×1W＝1W根据能量关系，产生的机械功率为：P机＝P－P热＝3W－1W＝2W.答案2W

1W借题发挥解决此类问题，关键是要弄清电路消耗的电能转化为什么能，确定欧姆定律是否适用，分清电功和电热，搞清楚它们的关系，确定选用相应的公式，切忌生搬硬套公式．【变式2】日常生活用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干．设电动机线圈的电阻为R1，它与电热丝的电阻R2相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是(

)．A．IU>P

B．IU＝PC．P>I2(R1＋R2) D．P＝I2(R1＋R2)解析P＝UI为定义式，对任何电路都适用，而电吹风内部是一电动机，I2(R1＋R2)为整个电路的热功率，所以有P>I2·(R1＋R2)．答案BC【典例3】

如图2－6－5所示的电路中E＝3V，r＝0.5Ω，R0＝1.5