物理必修3课公开课导学案28

8.焦耳定律电路中的能量转化

课标要求思维导图

1.理解电功、电功率及焦耳定律.

2.深入理解电功和也功率的概念；知道焦耳焦耳T电功电功率卜

!物理观念、科学思维

定律的物理意义；能从能量转化函度推导焦定律

焦耳定律共功率•一

耳定律；关注焦耳定律在生产、生活中的应电路一

中的

用.电路中的能用转化-

能依

3.了解纯电阻电路和非纯电阻电路中的能量\非纯电阻电路中的能M转

转化科学思维、科学态化

转化：从能量转化和能量守恒的角度理解电度与责任

功和电■热的区别.

必备知识•自主学习一突出基础性素养夯基

一'电功电功率

1.电功

(1)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的所做的功.

(2)公式：W=.

(3)国际单位：,符号为.

(4)怠义：电功是转化为其他形式的能的量度，即电功是多少就有多少

转化为其他形式的能.

2.电功率

(1)定义：电流所做的功IV与做这些功所用时间/的比叫作电功率，数值上等于单位

内电流所做的功.

(2)公式：P=y=.

(3)单位：,符号：,1W=IJ/s.

(4)物理意义：表示电流做功的.

二'焦耳定律热功率

1.焦耳定律

(1)内容：电流通过电阻产生的热量Q跟成正比、跟导体的

成正比、跟成正比.

(2)表达式：Q=.

(3)焦耳热：电流通过电阻而产生的热称为焦耳热.

2.热功率

(I)定义：电流通过电阻所产生的热量。与产生这些热量所用时间/的比叫作热功率；

数值上等于内电流通过电阻所产生的热量.

(2)表达式：尸族=.

(3)物理意义：表示电流的物理量.

(4)在非纯电阻电路(外电路消耗的电能没有全部转化为内能)中，电功率的公式为「屯=

UL热功率的公式仍然为夕钻=,此时〃电大于，乩

三、电路中的能量转化

1.外电路的能量转化

(1)外电路为纯电阻电路：。电=.

(2)外电路为非纯电阻电路：2电=.

2.闭合电路中的能量转化

(1)表达式：/E=/U+/2「.

(2)物理意义：电源把其他形式的能量转化为电能的功率/E,等于电源输出功率/U与电

源内电路的热功率尸「之和.

(3)特例：当外电路短路时，路端电压U等于零，电源释放的能量全部转化为内电路的

，若电源内阻很小，则短路电流很大，可能造成电源损坏或引起火灾，故绝不可以

让电源.

［导学II

纯电阻电路中只有电热产生，非纯电阻电路中既有电热又有其他形式的能产生.如白炽

灯、电炉、电烙铁等只产生电热，而电解槽、电动机等消耗电能转化为化学能或机械能的同

时，有热能产生.

［提醒］

电动机运转时，有机械能和热能产生，一旦转子被卡住，停止转动，电动机只有热能输

出，此时发热功率很大，容易烧坏电动机，应立即断电.

【导学2］

(1)计算电热时Q=I2Rt在任何电路中均适用，但Q当只适用于纯电阻电路.

K

(2)计算电功时，W=Uh适用于任何电路，但W=：I=FR［只适用于纯电阻电路.

关键能力•合作探究——突出综合性素养形成

探究点一电功和电功率

导学探究

将额定电压均为1.5V,额定功率分别为0.3W和0.5W的小灯泡A、B串联起来接在

电压为U的电源上，两灯泡均发光.

(1)A、B两灯泡的电压能否同时达到额定电压？

(2)A、B两灯泡中，哪个灯泡更亮一些？

归纳总结

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)电功用=U〃=qU对任何电路都适用.

2.对电功率的理解

(1)电功率P=.=U/对任何电路都适用.

(2)额定功率和实际功率

①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率.

②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率.

典例示范

例1如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8V,

乙电路两端的电压为I6V.调节变阻器Q和&使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率

分别为Pi和七，两电路中消耗的总功率分别为P中和Ps则下列关系中正确的是()

A.P甲〈尸乙B.PM>P乙

C.Pi>P2D.Pi=P?

素养训练I重庆市正将主干道上的部分高压钠灯换成LED灯，已知高压钠灯功率为

400W,LED灯功率为180W,若更换4000盆，则一个月(取30天，每天约10h)可节约的

电能约为()

A.9X1()2kWhB.3X105kwh

C.6X10skWhD.IX10"kWh

素养训练2一根电阻丝，在通过2c的电荷量时电功为8J,若在相同的时间内通过4

C的电荷量，求此时电阻丝上的电流做的功利所加的电压分别是多少.

探究点二焦耳定律的理解及应用

导学探究

r]

0LU

人

--®--

如图所示，电压U恒为12V,灯泡L上标有“6VI2W"，电动机线圈的电阻RM=

0.50Q.

(1)灯泡L上流过的电流是否可以用/1=丁之一求解？为什么？

RL+RM

(2)若灯泡恰好正常发光，则电动机消耗的功率和发热功率各多大？

归纳总结

1.纯电阻电路与非纯电阻电路

(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能.

(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中,

电流做的功除了将电能转化为内能外，还转化为机械能或化学能.

2.纯电阻电路和非纯电旭电路的比较

纯电阻电路非纯电阻电路

L^>©

能量转化情况匕：

2

电功和电热的关系W=Q即IUt=IRt=^-tW=Q+E其他即U"=/2R[+EW

电功率和热功率的

P=?热即/。=产/?=乎P=P拉十户J川即扎也

关系K

U=1R,/=苫成立

欧姆定律是否成立RU>/R,K不成立

3.电动机的功率和效率

(1)电动机的输入功率指电动机消耗的总功率，PLUI.

(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，产热=产厂

(3)电动机的输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率，。出=/U一产匚

⑷电动机的效率：〃=瞥喏.

F入

典例示范

例2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；若把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A.

(1)求电动机正常工作时的输出功率.

(2)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？

素养训练3(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，现将它们串联到电

路中，结果电动机不转而电炉都能正常工作，那么在相同时间内()

A.电炉放热与电动机放热相等

B,电炉两端电压小于电动机两端电压

C.电炉两端电压等于电动机两端电压

D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率

素养训练4两个电阻R=8C、R2=2C,并联在电路中.要使这两个电阻消耗的电功

率相等，可行的办法是（）

A.用一个阻值为2c的11阻与金串联

B.用一个限值为6c的电阻与R2串联

C.用一个阻值为6c的电阻与凡串联

D.用一个阻值为2c的电阻与Ri串联

随堂演练・自主检测——突出创新性素养达标

1.近年来，电动汽车以车载电源为动力，因对环境的污染小，节约能源深受大众青睐.某

品牌的一款电动汽车的车载电源额定输出电压为360V,电池容量为213Ah该款汽车现以

额定输出电压在平直公路上匀速行驶，速度大小为100km/h,此时电源的输出功率为l8kW.

若不考虑各种能量的转化效率，下列说法正确的是（）

A.电源的电动势一定为360V

B.干路电流为5A

C.电动汽车所受阻力为180N

D.充满电的该款汽车在这种情况下，最多可以行4i426km

2.为了使电炉消耗的功率减小到原来的一半，可行的办法是（）

A.使通过它的电流减半

B.使两端的电压减半

C.使电炉的电阻减半

D.使它两端的电压和电阻均减半

3.一标有“12V12W”的电动机正常工作，已知其线圈电阻为2Q,则正常工作1

分钟产生的焦耳热为（）

A.720JB.144J

C.120JD.4320J

4.两根相同材料做成的导体，若它们的横截面积之比为2：I,长度之比为4：I,则将

它们串联起来通以相同的电流，在相同的时间内，它们产生的热量之比为（）

A.2：1B.4：1

C.1：2D.1：4

5.

如图，电动机M与灯泡L串联在电路中，M的线圈电阻为2C,电源的电动势为16V、

内阻为1O,灯泡电阻为50用合开关S后，M正常运转，M线圈上产生的热功率为2W,

V为理想电压表，贝立）

A.电压表示数为2V

B.电动机的输出功率为8W

C.电源的输出功率为16W

D.电源的效率为87.5%

8.焦耳定律电路中的能量转化

必备知识•自主学习

1.⑴静电力(2)U〃(3)焦耳J(4)电能电能

2.⑴时间(2)(//⑶瓦特W(4)快慢

1.⑴电流/的二次方电阻R通电时间，(2)广整

2.⑴单位时间⑵-R⑶发热快慢(4)/次

■,■、

I.(I)P«(2)产炖+P「他

2.(3)内能短路

关键能力,合作探究

探究点一

【导学探究】

提示：⑴不能.

(2)由/?=,可知，RA>RB，两灯泡串联时，由〃=尸农可知,/—>/、，故A灯更亮一些.

【典例示范】

例I解析：由灯都正常发光可知，尺中电流是R?中电流的二倍，Q两端电压是当两

端电压的二分之一，两变阻器消耗的功率相等，两电路中消耗的总功率相等，选项D正确，

A、B、C错误.

答案：D

素养训练I解析：一个月可节约的电能为△W=ZXP/=(4OO—180)X4000X10X30

Wh^3XIO5kWh,B正确.

答案：B

素养训练2解析：设电阻丝的电阻为R,据W=U〃=Uq得彷=4V,在相同时间内

通过的电荷量变为原来的2倍.

据/=，知：/2=2/|

又据欧姆定律/=、得S=2S=8V

K

电流的功l%=5/2f=4W=32J.

答案：32J8V

探究点二

【导学探究】

提示：(1)不可以，因为有电动机工作的电路不是纯电阻的电路.

(2)P=/MUi=^(i/-(/L)=12W.

2

一.=珀村=(KM=2W.

【典例示范】

例2解析：(1)电动机不转时，说明电动机无机械能输出，它消耗的电能完全转化为热

能，此时电动机可看成纯电阻，则片金=0.50.

■1

当所加电压为2V、电流为1A时，电动机正常工作，有机械能输出，此时电动机为非

纯电阻电路，消耗的电能等于转化的机械能和热能之和.

转化的热功率为P^=llr=0.5W

总功率Ps=lhh=2N,

则输出功率P出=P/-PM=1.5W.

(2)若在电动机正常工作时被卡住，电动机无机械能输出，看作纯电阻电路，此时的电

热功率为：

P^=—=^W=8W.

r0.5

答案：(1)1.5W(2)8W

素养训练3解析：电炉电路和电动机电路焦耳定律都适用.根据焦耳定律。=尸小

电炉和电动机的电阻相同，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，故

A正确：因电动机不转，视为纯电阻，欧姆定律同样适用，故由U=/R可知，电炉两端电

压等于电动机两端电压，故B错误，C正确；由以上分析可知，电动机和电炉两端电压相

等，电流相等，则由尸=67可知，电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率，故D错误.

答案：AC

素养训练4解析：两个电阻并联，由可知外：P2=R2：R=1：4,要使这两个

R

电阻消耗的电功率相等，应使约减小为原来的;；只要使&两端的电压减半(心不变)，电功

率就可以减小为原来的;，所以串联一个等值电阻(2C)即可.若电阻与R串联，R的电压减

4

小，功率更小，两个电阻的功率不可能相等，故A正确，B、C、D错误.

答案：A

随堂演练•自主检测

1.解析：根据闭合电路欣姆定律可知电源电动势等于输出电压和内电压之和，所以电

源的电动势一定大于360V,故A错误；干路电流为/=：=50A,B错误；当汽车匀速行驶

时，阻力与牵引力大小相等，则尸§=648N,C错误.充满电的该款汽车在这种情况下，

最多可以行驶的时间为/=；=4.26h,最多可以行驶的距离为s=w=426km,D正确.