12.1 电路中的能量转化 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版2019必修第三册

5.1电路中的能量从能量角度研究电路我们知道，在电路中使用不同的用电器，往往会有不同的能量转化。回顾生活中用过的用电器，说明用电器将电能转化成怎样的能量？烧水壶通电时，电能转化为内能；电动机通电时，电能主要转化为机械能；蓄电池充电时，电能主要转化为化学能。功是能转化的量度，做功过程伴随着能量变化。回顾：功和能之间有什么关系？思考：用电器工作时，电能转化为其他形式能。是什么力做功？温故知新电场线向右电荷向左定向移动自由电子受电场力向左电场力做正功

静电力对自由电荷做正功，实现电势能转化为其他形式的能静电力做功的实质：静电力对自由电荷做功大小如何？如图，在一段电路中，电路两端电压为U，在t时间内，定向移动电荷量为q，则移动电荷静电力做多少功？若电路中的电流为I，又可以怎样表示静电力做功？静电力做的功为：即：静电力所做功等于这段电路两端电压、电路中电流、通电时间三者的乘积．1．电功（3）单位：国际单位制：焦耳简称焦（J）常用单位有：千瓦时（kW·h）.日常生活中称“度”

1kW·h＝3.6×106J（1）定义：在一段电路中静电力所做的功,也就是通常所说的电流所做的功,简称为电功．（2）表达式：

（任何电路）（4）物理意义：电功是电能转化为其他形式能的量度。一、电功和电功率2．电功率（4）物理意义：电功率表示电流做功的快慢．（3）单位：国际单位制：瓦（W），常用单位：千瓦（kW）．1kW=1000W电流在一段电路中所做的功与通电时间的比值（2）表达式：

（任何电路）（比值定义法）W=UItP=UI=UI（1）定义：3、用电器的额定电压、额定功率、实际功率。（1）额定电压：表示用电器长时间正常工作时的电压．（2）额定功率：是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压时消耗的功率．（2）实际功率：用电器在工作中实际消耗的电功率．

若用电器在额定电压下工作，则P实＝P额若用电器工作电压不等于额定电压，则P实≠P额．通常情况下，P实<P额4、串、并联电路的功率特点（1）串联电路

①各电阻电流I相等，根据P=I2R可知，各电阻电功率与电阻成正比.

②总功率P总=U总I=(U1+U2)I=P1+P2（2）并联电路

①各支路电压U相等，根据P=U2/R可知,各支路电功率与电阻成反比.

②总功率P总=UI总=U(I1+I2)=P1+P2（3）混联电路：P总=U总I总=(U3+U12)(I1+I2)=P3+P2+P1（4）结论:无论是串联、并联、混联电路，电路中电阻消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和.【例题1】额定电压都是110V，额定功率分别为PL1=100W、PL2=40W的两盏电灯，接在外电压为220V的电路上，则下列四个选项所示的电路中，能使每盏电灯均正常发光，且电路中消耗的功率最小的是（

）C电路总功率的求法:P总=U总I=UI总=U总I总=P1+P1+···+Pn【变式训练】把相同的小灯泡接成如图12-1-3甲、乙所示的电路，调节滑动变阻器使灯泡均正常发光，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=3P乙

B.P甲＞3P乙C.P乙=3P甲

D.P乙＞3P甲A通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通

电时间为t，推导电热水器产生的热量表达式。电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能；即电流在这段电路中的功W等于这段电路中产生的热量Q，所以：二、焦耳定律根据欧姆定律可知:U=IRQ热=W由于W=UItQ=I2Rt电热的实质：电流做功的时，电流流经金属导体，自由电子与金属中其他电荷或原子发生碰撞，使粒子热运动加剧，温度升高，内能增大。（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．（焦耳定律为实验定律）（2）公式：Q＝I2Rt.（3）适用范围：Q=I2Rt是定义式，可求任何电路中电阻R产生的热量（4）电流热效应的实质：电能通过电流做功转化为内能。2.热功率(1)定义:单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率。(2)表达式:P热=Q热/t=I2R(3)实质:电能转化为内能的那部分功率。1.焦耳定律

消耗电能和产生热量相等吗？电流所做的总功电吹风机消耗的总电能电功W=UIt只是电能转化为内能的那部分能量焦耳定律Q＝I2RtW电=UIt＞Q热=I2Rt电能机械能内能消耗电能大于产生热量，电功率大于热功率P电=UI＞P热=I2RU＞IR三、电路中的能量转化左边用电器和右边用电器有什么区别？都主要转化为哪些能？左边全都转化为内能，右面除内能外还有一部分电能转化为机械能。（1）非纯电阻：电能部分转化为内能还部分转化为其它形式能量的元件。如：电动机，电解槽等。有非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路。（2）纯电阻：将电能全都转化为内能的电路元件。如：白炽灯、电热丝、被卡住的电动机等。全都由纯电阻元件组成的电路称为纯电阻电路。2、纯电阻和非纯电阻3、纯电阻和非纯电阻特点（1）纯电阻：

①通过电流做功，实现消耗的电能全都转化为内能，W电=UIt=Q热=I2Rt

②电功率等于热功率：P电=UI=P热=I2R③符合欧姆定律：U=IR

W电=Q热，即UIt=I2Rt=(U2/R)t；P电=P热，即UI=I2R=U2/R（2）非纯电阻：

①电能转化为内能和其它形式能量，W电=Q热+E其它；W电=UIt＞Q热=I2Rt

②电功率等于热功率：P电=P热+P其它；P电=UI＞P热=I2R③不符合欧姆定律：U＞IR

W电＞Q热，即(U2/R)t＞UIt＞I2Rt；P电＞P热，即U2/R＞UI＞I2R(1)输入功率：电动机消耗的总功率(2)热功率：线圈上电阻的发热功率P入＝UIP热＝I2rP出＝P入-P热=IU－I2r(3)输出功率：电动机将电能转化为机械能的功率，也称机械功率4、电动机（非纯电阻元件）的“三个功率和效率”(4)电动机的效率：电功与电热的计算公式比较:纯电阻电路非纯电阻电路电功电热电功率热功率无论纯电阻电路还是非纯电阻电路：电功都可以用W＝UIt，电功率都可以用P＝UI；热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R；若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。【例题2】一台电动机，线圈的电阻是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？P电=P机+P热P电=UI=220×5W=1100WP热=I2R=52×0.4W=10WP机=P电－P热=1100W－10W=1090W解：电动机电功率、热功率、机械功率的两种求法：（1）公式法：P电=UI；P热=I2R；P机=Fv（2）能量守恒法：P电=P机+P热【变式训练】规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：(1)接上220V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注意：被卡住的电动机为纯电阻,U=IR,P电=P热，P机械=0

，此时电流远大于正常工作时电流很大，电功率（即热功率）远大于正常工作时的电功率。很易烧毁电器。使用电机时一定要注意检查电机是否正常运转。若被卡住，要及时关闭电源。热功率求值时先判断电阻性质（1）纯电阻:P热=UI=I2R=U2/R(2)非纯电阻:P热=I2R【例题】如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图.电动机内阻r=0.8Ω，电路中另一电阻R=10Ω。直流电压U=160V，电压表示数Uv=110V.（1）求通过电动机的电流（2）求输入电动机的电功率（3）若电动机以v=1m/s的速度匀速竖直向上提升重物，则该重物的质量为多少（g取10m/s2)答案:（1）5A（2）550W

(3)53kg【变