人教版高中物理必修三 （电路中的能量转化）教育教学课件

电路中的能量转化

提问：电能转换成其他形式的能是如何实现的？通过电场力做功的形式实现的做功是能量转化的量度。

则电场力做功

一、电功和电功率

电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h）。1kW·h＝3.6×106J

1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功。一、电功和电功率（1）一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积。（2）电功率表示电流做功的快慢。（3）单位：在国际单位制中是瓦（W）；

常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。1kW＝103W＝106mW=10-3MW

2．电功率：电流所做的功与通电时间之比。一、电功和电功率几种常见家用电器的额定功率3．额定功率和实际功率一、电功和电功率用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率。用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。用电路29寸彩电电熨斗电冰箱微波炉台灯额定电压（V）220220220220220额定功率（W）70～150300～800100～150800～120040～60二、焦耳定律

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。——焦耳定律（1）焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。（2）纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。（3）非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路。

1．焦耳定律：二、焦耳定律

2．热功率：二、焦耳定律

电流做功全部变成热。三、电路中的能量转化电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。1.电动机把电能转化为机械能2.电解槽把电能转化为化学能3.电热器把电能转化为内能例1.一个电动机，线圈电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？解：电动机发热的功率为

电动机消耗的电功率为

电动的对外做功的功率为

纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电流、电压、电阻的关系能量转化形式可应用的公式

电路中只有电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器

电流做功全部转化为内能电流做功转化为内能和其他形式的能量

例2.规格为“220V，1000W”的电炉，求：电炉正常工作时，通过电阻丝的电流；电炉的电阻。

1.如右图所示的电路，若将玩具电动机卡住，电流表的示数如何变化？S

2.关于电功，下列说法中正确的有（）A．电功的实质是电场力所做的功

B．电功是电能转化为内能

C．电场力做功是电能转化为其他形式能量的量度

D．电流通过电动机时的电功率和热功率相等AC

3.对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（）CD

4.加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为（）C

3．纯电阻电路及非纯电阻电路中电功和电热的关系

1电路中的能量转化第十二章电能能量守恒定律

1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念，知道它们的区别与联系.2.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种电路的能量

转化关系.学习目标知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSUOYIN一、电功和电功率1.电功(1)电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的

在做功.电能转化为其他形式的能，是通过

来实现的.(2)电功的计算公式：W＝

.单位：

，符号为

.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“

”，1kW·h＝

J.知识梳理静电力电流做功焦耳J度3.6×106UIt2.电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电

之比.(2)公式：P＝

＝

.(3)单位：

，符号为

.(4)意义：表示电流做功的

.时间UI瓦特W快慢二、焦耳定律1.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟

成正比，跟导体的

_____及

成正比.(2)表达式：Q＝

.2.热功率(1)定义：

内的发热量称为热功率.(2)公式：P热＝I2R.电流的二次方电阻通电时间I2Rt单位时间三、电路中的能量转化1.电动机消耗的功率P电＝

.2.电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R.3.电动机输出功率P机＝UI－I2R.UI1.判断下列说法的正误.(1)电功率越大，表示电流做功越多.(

)(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.(

)(3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.(

)(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.(

)即学即用×√√√(5)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路.(

)(6)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝

没有任何区别，它们表达相同的意义，所以三式中P都是电功率.(

)√×2.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为

，则在时间t内产生的热量为_____.一、电功和电热的理解导学探究电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？重点探究答案电吹风工作时，将电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转化为内能.知识深化1.电功和电功率W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路.2.电热和热功率Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率.3.电功和电热的关系(1)在纯电阻电路中：①电功和电热相等，W＝Q＝UIt＝

t＝I2Rt；(2)在非纯电阻电路中：①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算；②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算；③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.例1

(多选)对电功及焦耳定律公式的理解正确的是A.焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解B.电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适合于任何电路，因此W

一定等于QC.非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热D.电功的另一表达式W＝

t只适用于纯电阻电路√√解析任何电路的焦耳热都可用焦耳定律求解，A正确；B选项中的两个公式均适合于任何电路，但W不一定等于Q，B错误；非纯电阻电路中的电功一定大于焦耳热，C错误；例2

如图1所示，一幢居民楼里住着生活需求各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是图1√解析家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确.二、纯电阻电路中功率的分配与计算2.串、并联电路中的功率关系

串联电路并联电路功率分配总功率P＝P1＋P2＋…＋PnP＝P1＋P2＋…＋Pn3.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率.当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率.(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率.例3

(2020·广州市模拟)定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω，在电路中允许消耗的电功率的最大值分别为10W、10W、2W，现将这三个电阻按照如图2所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为A.22WB.12WC.15WD.16W图2√解析首先分析两个并联电阻R2、R3所允许消耗的最大功率，因为R2与R3并联，则两端电压相等，已知R2与R3本身允许的最大功率分别是10W和2W，所以R2、R3在该电路中消耗的最大功率都是2W，否则会超过R3的最大功率.再分析R1在电路中允许消耗的最大功率，把R2与R3看成一个并联电阻R′，则电路就是R1与R′串联，而串联电路电流处处相等，则R1消耗的功率为2×4W＝8W<10W.所以这部分电路消耗的电功率最大值为2W＋2W＋8W＝12W，故B正确.针对训练

额定电压均为110V，额定功率PA＝100W，PB＝40W的A、B两盏灯泡，若接在电压为220V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是√对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，UB＋UA＝220V，则UB＞110V，B灯被烧毁，UA＜110V，A灯不能正常发光；对于B电路，由于RB＞RA，A灯与滑动变阻器并联，并联电阻小于RB，所以UB＞U并，则UB＞110V，B灯被烧毁，A灯不能正常发光；对于C电路，B灯与滑动变阻器并联，并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光；对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A灯、B灯的并联电阻，则UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光.比较C、D两个电路，当灯A、B均正常发光时，由于C电路中滑动变阻器功率为(IA－IB)×110V，而D电路中滑动变阻器功率为(IA＋IB)×110V，所以C电路消耗电功率最小，综上所述，C正确.三、非纯电阻电路功率的分析与计算1.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI.(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R.(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机.三者关系为：P电＝P热＋P机2.串、并联电路的总功率(1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn(2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.例4

(2020·九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A.(1)求这台电动机的内阻；答案0.5Ω解析电动机不转时电路为纯电阻电路，(2)求电动机正常工作时的输出功率；答案1.5W解析电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2×1W＝2W线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5W＝0.5W则电动机正常工作时的输出功率P出＝P总－P热＝2W－0.5W＝1.5W(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？答案8W解析电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，例5

小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1Ω)与规格为“4V

4W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5Ω的电阻串联，然后接至U＝12V的电源上，如图3所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：(1)通过电动机的电流；答案0.6A图3通过电动机的电流I＝IR－IL＝0.6A.(2)电动机的输出功率P出；答案2.04W解析电动机消耗的总功率P＝ULI＝4×0.6W＝2.4W电动机线圈内阻的热功率P热＝I2r＝(0.6)2×1W＝0.36W电动机的输出功率P出＝P－P热＝2.4W－0.36W＝2.04W(3)电动机的效率.答案85%1.(电功、电热的理解)(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝

t只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UI>I2RD.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路123随堂演练√√√123在非纯电阻电路中，W＝Q＋W其他，所以W>Q，故UI>I2R，C正确.Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确.2.(纯电阻电路中的功率计算)在如图4所示的电路中，有四盏灯，L1和L2都标有“220V

100W”字样，L3和L4都标有“220V

40W”字样，把电路接通后，最暗的是A.L1

B.L2

C.L3

D.L4123图4√123解析由题意可知，L1、L2的电阻相等，L3、L4的电阻相等.设L1、L2、L3、L4实际消耗的功率分别为P1、P2、P3、P4.由题图可知，通过L1的电流大于通过L2的电流，由公式P＝I2R得到，P1>P2.同理，P4＞P3，P4＞P1.L2和L3的电压相等，3.(非纯电阻电路的功率分配和计算)如图5所示，一台直流电动机所加电压为110V，通过的电流为5A.该电动机在10s内把一个质量为50kg的物体匀速提高了9m，求该电动机的电功率和该电动机线圈的电阻(不计摩擦)，g取10N/kg.123图5答案见解析123解析该电动机的电功率P＝UI＝110×5W＝550W电动机做功的过程就是把电能转化为机械能和内能的过程.机械能E＝mgh＝50×10×9J＝4500J内能Q＝W－E＝Pt－E＝(550×10－4500)J＝1000J由焦耳定律Q＝I2Rt，考点一电功和电热的理解1.(2019·西安市高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内A.由Q＝I2Rt可知，电炉的发热量减小B.由Q＝UIt可知，电炉的发热量不变C.由Q＝

t可知，电炉的发热量增大D.无法确定基础对点练课时对点练123456789√101112123456789解析将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，1011122.室内有几种家庭常用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器.如果进线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不能同时使用的是A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器123456789√解析电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2860W.用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故C正确.101112考点二纯电阻电路的分析及计算3.如图1所示为某两个电阻的U－I图像，则电阻之比R1∶R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是A.2∶1

2∶1

1∶2B.2∶1

1∶2

2∶1C.1∶2

1∶2

2∶1D.1∶2

2∶1

1∶2123456789√图11011124.(多选)有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6V，额定功率分别为6W、3W，将它们接在电路中，下列说法正确的是A.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WB.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5WC.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WD.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W123456789√√101112解析当两灯泡串联时，电流相等，要使两灯泡不致被烧坏，电路中的最大电流为0.5A，两灯泡的最大功率为Pmax＝I22R1＋I22R2＝4.5W，故A错误，B正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6V时，两灯皆可正常发光，此时两灯泡最大功率为9W，故C正确，D错误.123456789101112考点三非纯电阻电路的分析及计算5.如图2所示，直流电动机M的线圈电阻为r，接入电压恒为U的电源时，电动机正常工作，此时电动机中通过的电流为I、消耗的电功率为P、线圈电阻的发热功率为P热、输出的机械功率为P出.则下列关系式正确的是123456789√图2101112解析电动机为非纯电阻用电器，电动机中通过的电流为I<，它消耗的电能一部分转化成机械能，一部分自身发热，线圈电阻的发热功率P热＝I2r，消耗的电功率为P＝IU，所以根据能量守恒得P出＝UI－I2r.1234567891011126.如图3所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V

60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W123456789图3√101112123456789解析灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且由于电解槽和灯泡串联，它们的电流相等，则电解槽消耗的电功率P＝P灯＝60W，A错误，C正确；电解槽的发热功率P热＝I2R内≈1.3W，B错误；整个电路消耗的总功率P总＝220×W＝120W，D错误.1011127.(2020·吉林榆树一中期中)在如图4所示的电路中，输入电压U恒为8V，灯泡L标有“3V

6W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.5Ω.若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是A.电动机的输入电压是8VB.流过电动机的电流是10AC.电动机的效率是80%D.整个电路消耗的电功率是10W123456789√图4101112123456789解析电动机的输入电压U1＝U－UL＝8V－3V＝5V，故A错误；所以电动机消耗的电功率P电＝U1I＝5×2W＝10W，电动机发热的功率P热＝I2RM＝4×0.5W＝2W，则电动机输出的功率P出＝P电－P热＝10W－2W＝8W，整个电路消耗的电功率P总＝UI＝8×2W＝16W，故D错误.1011128.(多选)一只电炉的电阻丝和一台直流电动机线圈电阻相同，都为R，设通过它们的电流相同(电动机正常运转)，则在相同时间内A.电炉和电动机产生的热量相同B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率C.电炉两端电压小于电动机两端电压D.电炉和电动机两端电压相等123456789√√√101112解析电炉电路和电动机电路都适用焦耳定律.根据焦耳定律Q＝I2Rt得，电炉和电动机线圈的电阻相同，通过它们的电流相同，则在相同的时间内电炉和电动机产生的电热相等，A正确；电动机消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为机械能，电炉消耗的电能全部转化为内能，而相同时间内它们产生的热量相等，则在相同的时间内，电动机消耗的电能大于电炉消耗的电能，电动机消耗的电功率大于电炉消耗的电功率，B正确；设电流为I，则电炉两端电压U炉＝IR，电动机两端电压U机>IR，所以U机>U炉，即电动机两端电压大于电炉两端电压，C正确，D错误.1234567891011129.(2020·浙江余姚模拟)如图5所示为一台冬天取暖用的暖风机.其内部电路可简化为加热电阻丝与电动机串联，电动机带动风叶转动，将加热后的热空气吹出.设电动机的线圈电阻为R1，电阻丝的电阻为R2，将暖风机接到额定电压为U的交流电源上，正常工作时，电路中的电流为I，电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为P1、P2、P，则下列关系式正确的是A.P1＝I2R1 B.P2>I2R2C.P＝UI D.P＝I2(R1＋R2)123456789图5能力综合练√101112123456789解析暖风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小为P＝IU，故C正确；电动机两端的电压U1＝U－IR2，电动机消耗的电功率为P1＝U1I＝UI－I2R2，故A错误；电阻丝为纯电阻，所以消耗的电功率P2＝I2R2，故B错误；因为电动机是非纯电阻，所以暖风机消耗的电功率P>I2(R1＋R2)，故D错误.10111210.(2019·北京市海淀区三模)如图6所示，一电饭煲和一洗衣机并联接在输出电压为220V的交流电源上，均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流为5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，则下列说法正确的是A.电饭煲的电阻为44Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB.电饭煲的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC.1min内，电饭煲消耗的电能为6.6×104J，洗衣机消耗的电能为

6.6×103J