电路中的能量转化课件-高二上学期物理人教版

1.电路中的能量转化第十二章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.通过实例分析,理解电能向其他形式的能转化是通过电流做功来实现的,加深对功与能量转化关系的认识。(物理观念)2.通过推导电功公式与焦耳定律,理解电功、电功率和焦耳定律,能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。(科学思维)3.从能量的转化和守恒的角度分析非纯电阻电路中的能量转化,理解电功与电热的区别与联系。(物理观念)4.联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备,体会能量转化与守恒思想,增强理论联系实际的意识。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电功和电功率1.电流做功的实质导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。电流做功把电能转化为其他形式的能。2.电功(1)定义: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。(2)公式:W=Uq=Uit。(3)单位:焦耳

,符号

J。3.电功率(1)物理意义:表示电流做功快慢的物理量。(2)定义: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。(3)公式:=UI。(4)单位:瓦特,符号:W。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:Q=I2Rt。2.电热功率(1)定义:电流在单位时间内的发热量通常称为电热功率。(2)表达式:P热=I2R。三、电路中的能量转化想一想我们在生活中会经常观察到这样的现象:玩具车、电风扇、电动机等正常工作时会平稳运行很长时间,然而一旦被卡住就会大量发热,甚至可能烧毁。试分析这种现象产生的原因。提示这些用电器工作时电能只有一部分转化为内能,一旦被卡住,电能全部转化为内能,释放大量的热量。以电动机为例,设电动机消耗的功率为P电,电动机对外做功,输出的功率为P机,另外,电动机工作时自身也有能量损失,对应的功率为P损,它们之间满足P电=P机+P损。设电动机两端的电压为U,通过电动机线圈的电流为I,电动机线圈的电阻为R,P电=UI,P损=P热=I2R,P机=UI-I2R。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。(

)答案×解析电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(2)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。(

)答案×解析电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少与时间有关。(3)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(

)答案√(4)电功率越大,表示电流做功越多。(

)答案×解析电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。(5)W=UIt适用于任何电路求电功。(

)答案√(6)Q=I2Rt适用于任何电路求热量。(

)答案√2.R1和R2分别标有“2Ω

1.0A”和“4Ω

0.5A”,将它们串联后接入电路中,如图所示,则此电路中允许消耗的最大功率为(

)A.1.5W B.3.0W C.5.0W D.6.0W答案A解析把R1和R2串联后,由于R2的最大电流较小,故串联后的最大电流为0.5A,串联后的总电阻为6Ω,所以电路的最大功率为P=I2R=0.52×6W=1.5W,A正确。3.(多选)一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则(在相同时间内)下列说法正确的是(

)A.电炉和电动机产生的电热相等B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率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答案ABC解析因为电热Q=I2Rt,所以当电流I、电阻R都相等时,在相同时间内产生的电热也相等;电炉两端的电压U=IR,但电动机两端的电压除了发热还要工作,即U=IR+U',所以电炉两端电压小于电动机两端电压,由P=UI可知电动机消耗功率大于电炉消耗功率。课堂篇探究学习探究一对电功的理解及串、并联电路中的电功率【情境导引】用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么原因?要点提示通电导线跟电炉丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线的电阻要大得多。由焦耳定律Q=I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。【知识归纳】1.对电功的理解(1)从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少。(3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用。2.串、并联电路中的电功率

项目串联电路并联电路特点电流相同I1=I2电压相同U1=U2电功率计算公式P=I2R功率关系总功率P=P1+P2+…+PnP=P1+P2+…+Pn要点笔记(1)求解串、并联电路中的功率分配问题,比例法求解会使问题简化,但一定要确定是正比关系还是反比关系。(2)当分析用电器的功率问题时,一定要注意用电器的安全,不要超过用电器的额定电压、额定电流。【典例示范】例1一根电阻丝,通过2C的电荷量所消耗的电能是8J。若在相同的时间内通过4C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(

)A.4V,16J B.8V,16JC.4V,32J D.8V,32J答案D解析设电阻丝电阻为R,开始所加电压为U1,则W1=q1U1,故U1=4V。设后来所加电压为U2,消耗的电能为W2,则W2=q2U2=4×8J=32J。变式训练1有额定电压都是110V,额定功率PA=100W、PB=40W的电灯两盏,接在电压是220V的电路上,使两盏电灯均能正常发光且电路中消耗功率最小的电路是(

)答案C解析对灯泡有,可知RA<RB,对于A电路,由于RA<RB,所以UB>UA,则有UB>110V,B灯被烧毁,A错误;对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,B灯被烧毁,B错误;对于C电路,B灯与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电路中变阻器功率为(IA-IB)×110V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110V,所以C电路消耗电功率最小。探究二焦耳定律【情境导引】电吹风工作时,将电能转化为什么能?电风扇工作时,将电能转化为什么能?电熨斗工作时,将电能转化为什么能?要点提示电吹风和电风扇工作时,将电能一部分转化成内能,另一部分转化成机械能;电熨斗工作时,将电能全部转化成内能。【知识归纳】1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较比较对象纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器欧姆定律是否适用欧姆定律适用,欧姆定律不适用,U>IR或能量转化电流做功,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2.电功与电热的比较

比较对象电功电热电功与电热的实质电功实质是静电力移动电荷做的功,W=qU=UIt电热实质是电流由于热效应,通过导体时发的热,Q=I2Rt比较对象电功电热电功与电热的联系与区别纯电阻电路

电流做功全部转化为内能:W=Q=UIt=I2Rt=t非纯电阻电路

电流做功转化为内能和其他形式的能量:电功W=UIt;电热Q=I2Rt。W=Q

+W其他要点笔记不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,计算电功率都可以用P=UI,计算热量都可以用Q=I2Rt,计算热功率都可以用P=I2R。当用变形式时,就要考虑是不是纯电阻电路。【典例示范】例2规格为“220V

36W”的排气扇,线圈电阻为40Ω,求:(1)接上220V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率。(2)如果接上220V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。答案(1)35W

1W

(2)1210W

1210W解析(1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40W=1W。转化为机械能的功率为P机=P-P热=36W-1W=35W。(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为电动机消耗的功率等于热功率:P电'=P热'=UI'=220×5.5W=1210W。规律方法电动机电路的分析与计算(1)当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。(2)当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。变式训练2如图所示,有一内阻为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60W答案C

随堂训练1.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(

)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=IUt适用于任何电路,而

只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,IU>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路答案BCD2.(多选)日常生活用的电吹风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,得到的热风可将头发吹干。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+R