2024版高中同步新教材必修第三册（人教版）物理 第十二章 电能 能量守恒定律 1电路中的能量转化

1电路中的能量转化1|电功和电功率知识点必备知识清单破1.电功(1)定义:静电力移动电荷所做的功,简称电功。(2)公式:电流在一段电路中所做的功,等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电

时间t三者的乘积,即(3)单位:在国际单位制中,电功的单位是焦耳,符号为J。常用的单位还有千瓦时,1kW·h=3.6

×106J。2.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叫作电功率,它在数值上等于单位时

间内电流所做的功。(2)公式:电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的电压U与电流I的乘积。即(3)单位:在国际单位制中,电功率的单位是瓦特,符号为W。常用的单位还有千瓦(kW),1kW

=1000W。(4)意义:电功率表示电流做功的快慢。1.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

2|焦耳定律知识点2.热功率(1)定义:电流通过导体发热的功率。(2)表达式:P热=I2R。1.纯电阻电路电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为电阻的内能。此时电功等于电热,W=Q=

UIt=I2Rt=

t,电功率等于热功率,P=P热=UI=I2R=

。2.非纯电阻电路

含有电动机、电解槽等用电器的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中,电流做

的功一部分转化为机械能或化学能,还有一小部分转化为内能。此时电功大于电热,W=UIt3|电路中的能量转化知识点=Q+E其他>Q=I2Rt,电功率大于热功率,P=UI=P热+P其他>P热=I2R。知识辨析1.电流做功的实质是什么?2.电功率越大,电流做功一定越多吗?3.公式P=UI适用于非纯电阻电路中电功率的计算吗?4.在非纯电阻电路中,能否用W=

t计算电热?一语破的1.电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力所做的功。2.不一定。电功率越大,表示电流做功越快,但不一定做功越多,还与时间有关。3.适用。P=UI是电功率的通式,既适用于纯电阻电路也适用于非纯电阻电路。4.不能。在非纯电阻电路中,

t既不表示电功,也不能表示电热,因为欧姆定律不再适用。

1|纯电阻电路和非纯电阻电路的比较定点关键能力定点破

纯电阻电路非纯电阻电路电路特点电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能电路中包括能把电能转化为除内能外的其他形式能的用电器是否遵循欧姆定律遵循欧姆定律,I=

不遵循欧姆定律,U>IR或I<

能量转化电流做功,电能全部转化为内能电流做功,电能除转化为内能外,还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等电功W=UIt=I2Rt=

tW=UIt电热Q=I2Rt=UIt=

tQ=I2Rt电功率P=UI=I2R=

P=UI热功率P热=I2R=UI=

P热=I2R1.电动机的功率(1)当电动机正常工作时,要分清电动机的总功率(输入功率)、输出功率和热功率。2|电动机的功率问题定点输入功率电动机消耗的电功率(总功率),由电动机两端的电压和通过的电流决定,P总=UI热功率电动机线圈有电阻,电流通过线圈时要发热,P热=I2r输出功率电动机做有用功的功率,P出=Fv,F为电动机产生的牵引力,v为使物体获得的速度大小功率关系P总=P出+P热(2)当电动机通电但因某种原因(如被卡住)不转动时,相当于一个纯电阻用电器,此时P总=P热。2.电动机功率问题的分析方法(1)抓住两个关键:确定电动机两端的电压U和电流I是解决问题的关键。若能求出U、I,就

能确定电动机的输入功率P总=UI,根据电流I和线圈电阻r,可求出热功率P热=I2r,最后求出输

出功率P出=P总-P热。(2)间接确定电动机的电压U和电流I:首先,对于其他纯电阻电路,利用欧姆定律进行分析计

算,确定相应的电压、电流,然后利用串、并联电路中的电压关系、电流关系间接确定电动

机的电压U、电流I。典例有一个用直流电动机【1】提升重物的装置,重物的质量m=50kg,电路电压U=120V,当电动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流I=5A,求:(取重力加速度g=10m/s2)(1)电动机线圈的电阻R。(2)电动机对该重物的最大提升速度【2】。(3)若因故障电动机不能转动【3】,这时通过电动机的电流是多大,电动机消耗的电功率又为

多大?信息提取

【1】电动机正常工作时,其电路为非纯电阻电路。【2】机械功率最大时,对应的提升速度最大。【3】机械功率为0,电能全部转化为内能。思路点拨

(1)列出电动机提升重物时三个功率(电功率、热功率、机械功率)的表达式。(2)根据能量守恒列出三个功率间的关系式,从而求出电动机线圈的电阻R。(3)根据数学知识求出机械功率的最大值,从而求出相对应的最大提升速度。(4)电动机不能转动时,可以看成是纯电阻用电器,根据欧姆定律计算出电流,再算出电动机

的电功率。解析

(1)电动机提升重物时,总功率P电=UI电动机线圈发热功率P热=I2R提升重物的功率P出=P机=mgv有P电=P热+P机,即UI=I2R+mgv解得R=

Ω=6Ω。(2)根据P电=P热+P机得P机=P电-P热=UI-I2R=-R

+

当I=

时,P机有最大值

,即I=

A=10A时,P机max=

W=600W根据P机max=mgvmax(由【2】得到)解得vmax=

m/s=1.2m