《12.1电路中的能量转化》教案、导学案、同步练习

17/17《12.1电路中的能量转化》教案【教学目标】1．理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。2．理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。3．知道电功率和热功率的区别和联系。4．通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。【教学重点】电功和电热的计算。【教学难点】电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区别。【教学过程】一、创设情景，导入新课教师：用电器通电后，可以将电能转化成其他形式的能量，请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。学生举例：1．电灯将电能转化为内能和光能。2．电炉将电能转化为内能。3．电动机将电能转化为机械能。4．电解槽将电能转化为化学能。教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？本节课我们学习关于电功和电功率的知识。二、新课教学（一）电功和电功率请同学们思考下列问题：（1）电场力的功的定义式是什么？（2）电流的定义式是什么？答：电场力的功的定义式W=电流的定义式I如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I。在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？这相于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？电场力做功的功率是多少？这些公式分别用语言怎么描述？教师讲解：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q在这一过程中，电场力做的功W电场力做功的功率为P电功：电流在这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。电流做功的功率等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I的乘积。在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号J。电功常用单位是千瓦时，俗称“度”，符号是kW·h.1kW·h表示功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J利用电功率的公式P=总结如下：1．电功（W）（1）表达式：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和通电时间t三者的乘积，即W=（2）单位：国际单位制中：焦耳（J）。（3）物理意义：反应了电能转化为其他形式能的多少。2．电功率（P）（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。（2）表达式：电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积，即P=（3）单位：国际单位制中：瓦特（W）。（4）物理意义：表示电流做功的快慢。让学生观察用电器上的铭牌，提问：用电器上写的功率是它在工作中的实际功率吗？引出额定功率与实际功率。3．额定功率和实际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。观察实验，同一个小灯泡接入不同的电压，亮度不一样，并且测量得出的电功率也不一样，因此我们知道，用电器的实际功率与额定功率的关系：用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。教师展示几种常见家用电器的额定功率用电路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）焦耳定律教师：家用热水器是将电能转化成内能，那么消耗的电能转化成热量，我们可以得到Q=W=UIt由欧姆定律U=即：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。我们把它称为焦耳定律。那么产生热量的快慢怎么表示呢？由Q=I2Rt，P=Wt=Q总结如下：1．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。这个关系最初是焦耳由实验得到的。表达式：Q2．热功率：单位时间的发热量通常称为热功率，表达式为P=（三）电路中的能量转化教师：电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。再次请同学们列举电能转化成其他能量的例子：1．电灯将电能转化为内能和光能。2．电炉将电能转化为内能。3．电动机将电能转化为机械能。4．电解槽将电能转化为化学能。提问：电动机是将消耗的电能全部转化成机械能了吗？玩具汽车运行久了会怎么样？为什么会这样？学生回答：电动机除了将电能转化成机械能以外，还有一部分电能转化成了热量。思考：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P电动机消耗的电功率为P电动的对外做功的功率为P教师和学生一起总结电动机类和电热水器类的不同纯电阻电路非纯电阻电路元件特点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、电压、电阻的关系符合欧姆定律U不符合欧姆定律U能量转化形式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可应用的公式W电功W电热QW例题：规格为“220V，1000W”的电炉，求：①电炉正常工作时，通过电阻丝的电流；②电炉的电阻。三、课堂练习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？解：电动机转动时，电路为非纯电阻电路，有??非<??/??。若将玩具电动机卡住，则电路变为纯电阻电路，有??纯=??/??，即??纯>??非。电流变示数变大。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答案：AC3．对计算任何用电器的电功率都适用的公式是()ABCD答案：CD4．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()AB.UCD答案：C《12.1电路中的能量转化》导学案【学习目标】1．理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。2．理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。3．知道电功率和热功率的区别和联系。4．通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。【学习重点】电功和电热的计算。【学习难点】电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区别。【学习过程】一、导入新课列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况。1．电灯将________转化为________________。2．电炉将________转化为________________。3．电动机将________转化为________________。4．电解槽将________转化为________________。猜想：电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关？二、新课学习（一）电功和电功率思考：（1）电场力的功的定义式是什么？（2）电流的定义式是什么？如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I。在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？这相于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？电场力做功的功率是多少？这些公式分别用语言怎么描述？总结如下：1．电功（W）（1）表达式：________________________。（2）单位：国际单位制中：____________。（3）物理意义：____________________________________。2．电功率（P）（1）定义：________________________________________________。（2）表达式：_________________________。（3）单位：国际单位制中：____________。（4）物理意义：____________________________________。3．额定功率和实际功率用电器铭牌上所标称的功率是_______________，用电器在实际电压下工作的功率是_______________。用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。（二）焦耳定律1．焦耳定律：_____________________________________________。表达式：_____________。2．热功率：____________________，表达式为____________。（三）电路中的能量转化思考：电动机是将消耗的电能全部转化成机械能了吗？玩具汽车运行久了会怎么样？为什么会这样？例题：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？总结：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例题：规格为“220V，1000W”的电炉，求：①电炉正常工作时，通过电阻丝的电流；②电炉的电阻。三、课堂练习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？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3．对计算任何用电器的电功率都适用的公式是()A.P=B.P=C.P=UID.P=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()A.PB.C.D.P《12.1电路中的能量转化》同步练习基础巩固1.(多选)用一个额定电压为220V的电热水器煮沸一壶水需要ts,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么()A.当线路电压为110V时,煮沸一壶水需要2tsB.当线路电压为110V时,煮沸一壶水需要4tsC.当线路电压为55V时,煮沸一壶水需要4tsD.当线路电压为55V时,煮沸一壶水需要16ts解析由公式Q=U2Rt,煮沸一壶水所需的热量为Q=(220V)2Rt。当电压变为原来的12答案BD2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量,结果是()A.电风扇最多 B.电烙铁最多C.日光灯最多 D.一样多解析在三种用电器中,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,故选项B正确。答案B3.(多选)如图所示,电阻R1=20Ω,电动机线圈的电阻R2=10Ω。当开关断开时,电流表的示数是0.5A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是()A.I=1.5A B.I<1.5A C.P=15W D.P<15W解析电路两端的电压为U=I1R1=0.5A×20Ω=10V。电动机是非纯电阻用电器,UI2>I22R2,所以I2<UR2=1A。电流表的示数I=I1+I2<1.5A,A错误,B正确。电路总功率为P=U(I1+I答案BD4.额定电压都是110V、额定功率PA=100W、PB=40W的灯泡两盏,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()解析判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流,对灯泡有P=UI=U2R,可知RA<R对于A电路,由于RA<RB,所以UB>UA,且有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灯又并联滑动变阻器,并联电阻小于RB,所以UB>U并,B灯烧毁。对于C电路,B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于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、B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,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。答案C5.电阻R和电动机M串联接到电路中,如图所示,已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等,闭合开关后,电动机正常工作,设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过电阻R做功为W1,产生热量Q1,电流通过电动机做功为W2,产生热量为Q2,则()A.U1<U2,Q1=Q2 B.U1=U2,Q1=Q2C.W1=W2,Q1>Q2 D.W1<W2,Q1<Q2解析设开关闭合后,电路中电流为I,对于电阻R,由欧姆定律得U1=IR,对于电动机,有U2>IR,则U1<U2,根据焦耳定律得Q1=I2Rt,Q2=I2Rt,则Q1=Q2,故A正确。答案A6.电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同,某种电热式用电器的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:(1)当开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?(2)用电器由照明电路供电,U=220V,设加热时用电器的功率为400W,保温时用电器的功率为40W,则R1和R2分别为多大?解析(1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,用电器消耗的电功率P1=U2R1;当S断开时,用电器消耗的电功率P2(2)S闭合时,由P1=U2R1得R1=US断开时,由P2=U2R1+R2得R2=U2答案(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态(2)121Ω1089Ω7.如图所示,电路两端电压U保持不变。(1)若电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大,则电阻之比R1∶R2∶R3=。(2)若电阻R1=R2=R3,则它们在相同时间内产生的热量之比Q1∶Q2∶Q3=。解析(1)根据题意,由混联电路的特点可知I1=I2+I3,且I2=I3,再由P=I2R可得R1∶R2∶R3=1∶4∶4。(2)根据题意,由混联电路的特点可知I1=I2+I3,且I2=I3,再由Q=I2Rt,可得Q1∶Q2∶Q3=4∶1∶1。答案(1)1∶4∶4(2)4∶1∶1能力提升1.把六个相同的小灯泡接成如图甲、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甲解析设每个灯泡正常工作时的电流为I,则题图甲中电路的总电流为3I,P甲=12V×3I,题图乙中电路的总电流为I,P乙=12V×I,故有P甲=3P乙,B正确。答案B2.如图所示的电路中,电源电压为60V,内阻不计,电阻R=2Ω,电动机的内阻R0=1.6Ω,电压表的示数为50V,