电流中的能量转化（导学案）高二年级上册物理人教版必修第三册

高二年级物理第十二章电能能量守恒定律自学探究学案

学习内容：12.1电路中的能量转化

主备：时间：—月日班级姓名

教学目标一科学素养

物理观念：1.理解电功的蹴念和公式，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。

科学思维：通过推导电功和焦耳定律，培养学生理论与实际相结合的思维品质。

科学探究：引导学生动手实践，探究纯电阻用电器与非纯电阻用电器能量转化的差别。

科学态度与价值观：通过联系生活中的电热水壶、电动机、蓄电池等电器设备，体会能量转

化与守恒思想，增强理论联系实际的意识°

自主学习(认真阅读课本，独立思考，相信你一定行！)

一、生活中电器的能量转化

日常生活中，我们经常要用到各种家用电器，比如用电熨斗熨衣服，用电热水溶烧水,

用电风扇吹风等。请同学们思考：

电灯将________转化为。电饭锅将_______转化为0

电动机将________转化为O电解槽将_______转化为0

二、电功和电功率

(1)电功

1.电能转化为其他形式的能，是通过—做功来实现的。

2.电流做功的实质：导体中的对自由电荷的静电力在做功。

3.推导电功的表达式：

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1。在时间t

内电场力做的功是多少？

4.电功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压〃、电路中的电流/、通电时

间£三者的—o

即//=_______O

5.电功的物理意义：。

(2)电功率

1.定义：电流在一段电路中所做的功与通电—之比。

2.定义式：P=o

3.电功率表达式：P=__o

表述：电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压U与电流/的乘积

4.物理意义：o

5.单位：电功率的单位是—,简称—，符号—。

三,焦耳定律和热功率

(1)焦耳定律

1.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成—，跟导体的电阻及通电

时间成—。,广।

H-------u-------H

2.表达式：Q=；一

3.适用条件：适用于任何电路。最生”Lq

4.电热的微观解释y—

从微观上讲，导体内的自由电子做定向移动时，与金属离子不断地碰撞，司时把一部

分能量传给离子，使离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高，导体

发热。

(2)热功率：

1.定义：电路中所产生的—与通电—之比。

2.表达式：P热=；

表述：电流在一段电路中的热功率等于这段电路电流/的二次方与电阻的乘积

(3)额定功率和实际功率

用电器铭牌上所标弥的功率是，用电器在实际电压下工作的功率是

用电器只有在电压下工作实际功率才等于额定功率。

四.电路中的能量转化

电路中的能量转化与用电器的性质有关。有的用电器把输入的电能全部转化为内能，这

样的用电器叫纯电阻用电器;有的用电器把输入的电能一部分转化为内能，另一部分转

化为其它形式的能，这样的用电器叫非纯电阻用电器.，

(1)纯电阻用电器

1.能量转化特点：电路中的电能全部转化为内能；例如电热水器、电饭锅。

2.表达式：W电W热Q,即=；

3.电功率与热功率：P电P热UII2R

4.用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？

(2)非纯电阻电路：

1.能量转化特点：电路中的电能转化为内能和其他形式的能；例如电动机。

2.表达式：取电=环脏+Q,W电〉Q,即>；

3.电功率与热功率：P电二P其它+P热，4>4；UII2R；

4.用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？

（3）电动机工作过程中的能量转化情况

1.当电动机正常工作时

①能量转化情况：输入的电能转化为能和能

②电动机的总功率（输入功率）即电功率P,rP电二

③电动机的热功率：p=;

④电动机的输出功率（有用功率）：P输，广Fv；

⑤三个功率的关系：p“P轮山

2.电动机因故障或其他原因（被卡住）不转动时

①能量转化情况：输入的电能转化为能

②电动机的总功率（输入功率）即电功率二P电二

③电动机的热功率：P他二;

④电动机的输出功率（有用功率）：P给出二;

⑤三个功率的关系：P电P执

思考：给电动机通电的一瞬间，电动机是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器？

（4）充电器给电池充电过程中的能量转化r

①能量转化情况：输入的电能转化为能和能工||_____

②给电池输入的电功率（总功率）P总二P电二_u

③电池内部的热功率：p热=；­±｛充也器F

④电池向化学能的转化功率（有用功率）：PL；

⑤三个功率的关系：P热

思考：U二lr成立吗？

典例精讲

例1：一个电动机，线圈电阻是0.4Q,当它两端所加的电压是220V时，通过的可流是5A。

这台电动机消耗的电功率是多少？热功率是多少？机械功率是多少？

例2.如图所示，一直流电动机与阻值R=10Q的电阻串联接在电源上。

电源电压U=36V,用理想电压表测出电动机两端的电压UL18V,则（

A.电动机的内阻为10Q

B.通过电动机的电流为1.8A

C.电动机的内阻消耗的功率为18W

D.电动机的机械功率为32.4W

例3.（多选）如图所示，定值电阻Q20Q,电动机线圈的电阻尼=1.0Q,当开关S断开时,

电流表的示数是L0A。当开关S闭合后，电动机转动起来，电路

两端的电压不变，电流表的示数为2.0Ao则（）

A.电路电压为20V

B.电路的发热功率为20W

C.电动机的输出功率为19W

D.电动机的效率是95%

一、生活中电器的能量转化教学案答案

日常生活中，我们经常要用到各种家用电器，比如用电熨斗熨衣服，用电热水器烧水，

用电风扇吹风等。请同学们思考：

电灯将―电能____转化为一光能（还有热能）电饭锅将电能_转化为一热能（内能）。

电动机将—电能一转化为—机械能—。电解槽将一电能—转化为一化学能______。

二、电功和电功率

（1）电功

1.电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。

2.电流做功的实质：导体中的电场对自由电荷的静电力在做功。

3.推导电功的表达式：

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

内电场力做的功是多少？

«'q

W=Uq=Ult

4.电功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压爪电路中的电流/、通电

时间［三者的乘积O

即仁—UltO

5.电功的物理意义：表示电流做功的多少°

（2）电功率

1.定义：电流在一段电路中所做的功与通电一时间—之比。

2.定义式：P=^o

3.电功率表达式：P=_^\—o

表述：电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压U与电流/的乘积

4.物理意义：表示电流做功的快慢.

5.单位：电功率的单位是—瓦特—,简称_瓦_,符号』—。

三,焦耳定律和热功率

（1）焦耳定律

1.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的一次方成一正比—，跟导体的电阻及

通电时间成一正比

2.表达式:Q=_I2Rt

3.适用条件：适用于任何电路。

4.电热的微观解释

从微观上讲，导体内的自由电子做定向移动时，与金属离子不断地碰撞，司时把一部

分能量传给离子，使离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高，导体

发热。

(2)热功率：

1.定义：电路中所产生的一热能—与通电_时间—之比。

2.表达式：P热；

表述：电流在一段电路中的热功率等于这段电路电流/的二次方与电阻的乘积

(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O

用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。

四.电路中的能量转化

电路中的能量转化与用电器的性质有关。有的用电器把输入的电能全部转化为内能，这

样的用电器叫纯电阻用电器;有的用电器把输入的电能一部分转化为内能，另一部分转

化为其它形式的能，这样的用电器叫非纯电阻用电器。

(1)纯电阻用电器

1.能量转化特点：电路中的电能全部转化为内能；例如电热水器、电饭锅。

2.表达式：W电二_W.=Q,即电功=热功；

3.电功率与热功率：P电=P热=UI=I2R=彳

4.用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？耳E_______

(2)非纯电阻电路：

1.能量转化特点：电路中的电能转化为内能和其他形式的能；例如电动机。

2.表达式：W电二W其它+Q,W电〉Q,即电功>热功；

3.电功率与热功率：P电二P其它+P热，2>%；UI>I2R；

4.用电器两端的电压U、通过的电流I、用电器的电阻R关系？U>IR

(3).电动机工作过程中的能量转化情况

1.当电动机正常工作时

①能量转化情况：输入的电能转化为机械能和内能

②电动机的总功率(输入功率)即电功率P”二P电二/

③电动机的热功率：P执二I2R；

④电动机的输出功率(有用功率)：P给出二Fv；

⑤三个功率的关系：P总^P输出^_「热

2.电动机因故障或其他原因(被卡住)不转动时

①能量转化情况：输入的电能转化为内能

②电动机的总功率（输入功率）即电功率P,rP电二_p^

③电动机的热功率：P德=UI=/2R______；

AT?

④电动机的输出功率（有用功率）：出二0；

⑤三个功率的关系：P电工_P仙

思考：给电动机通电的一瞬间，电动机是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器？

给电动机通电的一瞬间，电动机还来不及运动，电能没有向机械能转化，全部

转化为热能，这一瞬间是纯电阻用电器

（4）充电器给电池充电过程中的能量转化

①能量转化情况：输入的电能转化为化学能和内一能

②给电池输入的电功率（总功率）Pe