1、第1节电路中的能量转化学习目标1.理解电能转化为其他形式的能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。2.能通过推导得出电功公式和焦耳定律,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。3.能从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化。4.理解电功和电热的区别和联系。自主预习一、电功1.宏观理解:电炉通电时,能转化为能;电动机通电时,能转化为能。由此看出,电流做功的过程就是能转化为能的过程。电流做功的多少等于。2.微观理解:电功,即电流做功,实质上是导体中的在做功,自由电荷在静电力的作用下沿静电力的方向做定向移动,结果电荷的减少,而其他形式的能。3.公
2、式W=,其国际单位是。二、焦耳定律电流I通过一段电阻为R的电路在时间t内产生的热量Q=,这就是焦耳定律。三、1.额定功率是指用电器的功率;当用电器两端的电压达到额定电压或电流达到额定电流时,用电器消耗的功率达到额定功率;P额、I额、U额三个量一个达到额定值,则另外两个也为额定值。2.实际功率是指用电器实际工作时的功率,灯泡的亮度取决于,一般地,为了保证用电器安全,实际功率应小于或等于额定功率。课堂探究(一)电功和电功率情境设问用电器通电后,可以将电能转化成其他形式的能量,请同学们列举生活中有哪些常用的用电器?并说明其能量的转化情况。思考与讨论如图所示,一段电路两端的电压为U,由于这段电路两端有
3、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。1.在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?2.这相当于在时间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?3.电场力做功的功率是多少?4.这些公式分别用语言怎么描述?结论1:1.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。(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: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。(3)单位:国际单
4、位制中:。(4)物理意义:。(二)焦耳定律思考与讨论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,由欧姆定律U=IR,可以得到热量的表达式。这个关系是最初是由焦耳通过实验直接得到的,物理学中把它叫作焦耳定律。结论2:1.焦耳定律:。表达式:。2.热功率:,表达式:。3.区别与联系:(三)电路中的能量转化情境设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?结论3:电路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展示【例题1】一个电动机,线圈电阻是0.4 ,当它两端所加的电压为220 V时,通过的电流
5、是5 A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少?【变式训练1】规格为“220 V1 000 W”的电炉,求:电炉正常工作时,通过电阻丝的电流;电炉的电阻。【例题2】如图,额定电压都是110 V,额定功率PA=100 W,PB=40 W的电灯两盏,若接在电压是220 V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()【变式训练2】有三盏电灯L1、L2、L3,规格分别是“110 V100 W”“110 V40 W”“110 V25 W”,要求接到电压是220 V的电源上,使每盏灯都能正常发光,可以使用一只适当规格的电阻,应如何连接电路?核心素养专练1.(多选)下列关于电功
6、、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=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻的电路C.在不是纯电阻的电路中,UII2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路2.(多选)一个直流电动机所加电压为U,电流为I,线圈内阻为R,当它正常工作时,下述错误的是()A.电动机的输出功率为B.电动机的发热功率为I2RC.电动机的输出功率为IU-I2RD.电动机的功率可写作IU=I2R=3.右图电路中,电灯L1、L2都标有“220 V100 W”;电灯L3、L4都标有“220 V40 W”。将A、B两端接入电源,最暗的灯是()A.L1B
7、.L2C.L3D.L44.把两个相同的电灯分别接在图中甲、乙两个电路里,调节滑动变阻器,使两灯都正常发光,两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙,可以断定()A.P甲P乙B.P甲P乙C.P甲=P乙D.无法确定5.(多选)一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过它们的电流相同(电动机正常运转),则在相同时间内()A.电炉和电动机产生的热量相同B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率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6.如图所示,在输入电压U恒定的电路上,将灯泡L接在AB两端时消耗的功率是9 W,将它接在较远的CD两端时消耗的功率是4 W,则AC、BD两根输
8、电线上消耗的功率为()A.1 WB.2 WC.5 WD.13 W7.有一电风扇上标有“220 V55 W”,若风扇的电动机线圈电阻为8 ,当它正常工作时:(1)电源供给的电功率是多少?(2)转化为风的电功率是多少?(3)电动机的发热功率是多少?8.一台直流电动机线圈电阻r=1 ,与一阻值R=10 的电阻串联,当所加电压U=150 V,电动机正常工作时电压表示数100 V,求电动机消耗的总功率及输出的机械功率。9.如图所示,a、b两端接到电压恒定的电源上,如果c、d两端接一电压表,示数为60 V;如接一电流表,示数为3 A;如果在c、d间接一电阻R3,则三个电阻消耗的功率相等。求R1、R2、R3
9、的阻值及a、b间的电压(电表为理想表)。10.某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示,重物质量m=50 kg,电源提供恒定电压U=110 V,不计各处摩擦,当电动机以v=0.85 m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中电流强度I=5 A,求:(1)该电动机提升重物时,输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?(2)电动机线圈电阻R(g取10 m/s2)。参考答案自主预习一、1.电热电机械电其他形式能量转化的多少2.恒定电场对自由电荷的静电力电势能增加3.Uq=UIt焦耳(J)二、I2Rt三、1.在正常工作时2.实际功率课堂探究情境设问略思考与讨论1.q=It2.W=UIt3.P=UI4.略
10、结论1.1.电功(W)(1)表达式:UIt(2)焦耳(J)(3)反应了电能转化为其他形式能的多少2.电功率(P)(1)单位时间内电流所做的功叫作电功率(2)P=UI(3)瓦特(W)(4)表示电流做功的快慢(二)焦耳定律思考与讨论Q=W=UItQ=I2Rt结论2.1.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Q=I2Rt2.单位时间的发热量通常称为热功率P=I2R3.在推导P=UI的过程中,没有对电路的性质作任何限制,其中的电功率P是指电流做功的功率。在推导P=I2R的过程中,我们用到了Q=W这个条件,它要求电流做的功“全部变成热”,其中的电功率P是指电流通过导体发
11、热的功率。情境设问略结论3.电路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元件电流、电压、电阻的关系符合欧姆定律不符合欧姆定律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=Q=UIt=I2Rt=t电功W=UIt电热Q=I2RtW=Q+W其他【例题1】例题分析:电动机发热的功率为P热=I2R=520.4 W=10 W电动机消耗的电功率为P电=IU=5 A220 V=1 100 W电动机对外做功的功率为P机=P电-P热=1 100 W-10 W=1 090 W【变式训练1】例题分析:理解铭牌上额定功率的意义,应用
12、P=UI公式求出电炉正常工作时,通过电阻丝的电流;因为电炉是纯电阻电路,U=IR,可以求出电阻。或者也可以应用P=求解,同时在这里可以跟学生再次强调,这两个公式的使用条件。解:(1)根据公式P=UI知电流为:I= A4.55 A(2)设电炉电阻为R,根据公式P=得R= =48.4 答:(1)电炉正常工作时,通过电阻丝的电流为4.55 A。(2)电炉的电阻值为48.4 。【例题2】C例题分析:对灯泡有P=UI=,可知RARB,对于A电路,由于RAUA,则有UB110 V,B灯被烧毁,A错误;对于B电路,由于RBRA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UBU并,B灯被烧毁,B错误;对于C电
13、路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110 V,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=110 V,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)110 V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)110 V,所以C电路消耗电功率最小。【变式训练2】根据P=UI可分别求出三盏灯的额定电流I1= A,I2= A,I3= A,从中看出I1I2+I3,这样可以采用如图所示的电路,通过Rx的电流Ix=I1-I2-I3= A,Rx=346 。核心素养专练1.BCD2.AD3.C4.C5.ABC6.B7.(1)55 W(2)54.5 W(3)0.5 W8.550 W475 W9.25 100 100 75 V10.(1)550 W425 W(2)5
