2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第12章电能 能量守恒定律12.1电路中的能量转化(4)课件

第十二章电能　能量守恒定律12.1电路中的能量转化\n学习目标1.通过实例分析,理解电能转化为其他形式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.通过推导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相关现象.3.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,理解电功和电热的区别和联系4.联系生活中的电风扇、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.12.1电路中的能量转化\n【开启新探索】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？12.1电路中的能量转化\n电能→内能电能→机械能内能电能→化学能内能12.1电路中的能量转化纯电阻元件：电炉、电烙铁等电热器件,只将电能转化为热能,称纯电阻元件．非纯电阻元件：转动的电动机、蓄电池、电解槽等元件,将电能转化为内能和机械能、化学能等其它形式的能,称非纯电阻元件.\n【质疑提升1】电功和电功率1.功是能量转化的量度,思考并说明：用电器将电能转化为其它形式能的过程中,是什么力做功实现的呢？12.1电路中的能量转化自由电荷在静电力的作用下做定向移动,电荷的电势能减少,其他形式的能增加.即：电场力对自由电荷做功,也称为电流做功,简称电功.\n2.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,则移动电荷电场力做多少功？若电路中的电流为I,又可以怎样表示电场力做功？12.1电路中的能量转化电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的电流、通电时间三者的乘积．如果这段电路两端的电势差是U,定向移动电荷量为q,静电力做的功为：如果移动电荷所用的时间为t,电路中的电流为I,则：即：\n单位：焦耳（J）千瓦时,俗称“度”,符号是kW·h1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J12.1电路中的能量转化你对电功有怎样的理解？电功的单位？电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功.意义：电流做功的过程是电势能转化为其他形式的能的过程,即电功是电势能转化为其他形式的能的量度.\n3.电流在一段电路中做功的功率又怎样求解？12.1电路中的能量转化电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率,用P表示.（1）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.P=UIW=UIt（3）意义：表示电流做功的快慢.（2）单位：瓦（W）,常用单位还有千瓦（kW）.1kW＝103W\n4.想一下,用上述表达式求解电功和电功率,与接在电路中的元件是纯电阻、非纯电阻有关吗？12.1电路中的能量转化适用于一切电路：纯电阻、非纯电阻.\n辨析用电器的额定电压、额定功率、实际功率.额定电压：表示用电器正常工作时的电压．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．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12.1电路中的能量转化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，≤\n几种常见家用电器的额定功率用电路29吋彩电电熨斗电冰箱微波炉台灯额定电压（V）220220220220220额定功率（W）100～150300～800100～150800～120040～6012.1电路中的能量转化\n【质疑提升2】焦耳定律1.在初中我们已学习了焦耳定律,回顾一下,焦耳定律的内容？焦耳定律是实验定律、还是理论推导定律？12.1电路中的能量转化1．电热：由于导体有电阻,使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分能量叫电热．2．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．3．公式：Q＝I2Rt.\n2.能量在转化或转移的过程中是守恒的.在电路中,通过电流做功将电能转化为其它形式的能.若电流通过电阻,设电阻为R的元件两端电压为U、通过元件的电流为I,则：（1）在时间t内电流做的功W？产生的电热Q？（2）W、Q大小上有怎样关系？（3）通过两者关系,有怎样的推论？12.1电路中的能量转化Q＝I2RtW＝UIt＝UIt＝I2RtU＝IR欧姆定律适用于纯电阻元件\n3.电流通过导体发热的功率如何求解？在求解电热的表达式中,是否对任何电路都可以适用呢？12.1电路中的能量转化热功率:单位时间内导体的发热功率叫做热功率．焦耳定律适用于纯电阻电路,也适用于非纯电阻电路．热功率即电能转化为内能的功率.热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积.\n【质疑提升3】电路中的能量转化1.当电流通过纯电阻元件时,电能完全转化为热能.但有些电路中除含有电阻外还含有其它负载,如电动机.以含电动机的电风扇为例,研究电路中的能量转化.思考：当电路中接入电风扇,电动机正常运行.(1)电路中有怎样的能量转化？能量间又有怎样的关系？(2)电路中有怎样的功率关系？12.1电路中的能量转化①能量变化：电能W转化+内能Q机械能②功率变化：P电=P机+P热电能=内能+机械能.\n12.1电路中的能量转化例：如图,一电阻为r的电动机两端电压为U,电流表示数为I,则在时间t内电功W、电动机产生的电热Q、电动机输出的机械能E分别为多少？W=UItQ＝I2rtW=Q+E机即：UIt=I2rt+E机\n2.通过对非纯电阻电路的分析,说明：欧姆定律适用于非纯电阻电路吗？12.1电路中的能量转化由UIt=I2rt+E机可得：UIt>I2rt有：U>Ir所以：欧姆定律不再适用于非纯电阻电路此时,加在非纯电阻电路两端的电压,大于在非纯电阻元件内阻上的电压.\n12.1电路中的能量转化正常工作的电动机两端电压为U,通过的电流为I,经时间为t时,电功是否可以用I2rt求解？产生的电热是否可以用UIt求解？为什么？非纯电阻元件正常工作时,电功需要用W=UIt求解,不能用I2rt.电热需要用Q=I2rt求解,不能用UIt.非纯电阻元件正常工作时,欧姆定律不适用,电功和电热的求解表达式不能相互转换.\n(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率：12.1电路中的能量转化(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率：P入＝UIP热＝I2rP出＝IU－I2r(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率：电动机（非纯电阻元件）的“三个功率和效率”(4)电动机的效率：\n3.通过对纯电阻电路、非纯电阻电路的分析,思考不同电路中电功、电热的求解方法：12.1电路中的能量转化\n纯电阻电路:非纯电阻电路:电能→内能电能→内能+其它形式的能QI2RtWIUt=I=U/R电功=电热:W=IUt==I2RtU2t/R电功率=热功率：P=IU=U2/R=I2R=P热WW其QIUt＞I2RtI＜U/R电功：W=IUt电热：Q=I2Rt电功率：P=IU热功率：P热=I2RRM=Q12.1电路中的能量转化\n1.W＝UIt是电功的计算式,P电＝UI是电功率的计算式,适用于任何电路.Q＝I2Rt是电热的计算式,可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量,P热＝I2R是热功率的计算式,可以计算任何电路的热功率.学习小结2.只有在纯电阻电路中才有W＝Q,P电＝P热,而在非纯电阻电路中W＞Q,P电＞P热.3.在纯电阻电路中,由UIt＝I2Rt得I＝,即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中,由UIt＞I2Rt知U＞IR,即欧姆定律不成立.