2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第12章電能 能量守恒定律第1節(jié)電路中的能量轉(zhuǎn)化(4)課件

1、第十二章 電能能量守恒定律12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化學習目標1. 通過實例分析,理解電能轉(zhuǎn)化為其他形式能是通過電流做功來實現(xiàn)的,加深對功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認識.2. 通過推導(dǎo)電功公式和焦耳定律,理解電功、電功率和焦耳定律,能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中相關(guān)現(xiàn)象.3. 從能量的轉(zhuǎn)化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化,理解電功和電熱的區(qū)別和聯(lián)系4. 聯(lián)系生活中的電風扇、電動機等電器設(shè)備,體會能量轉(zhuǎn)化與守恒思想,增強理論聯(lián)系實際的意識.12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化【開啟新探索】從能量角度研究電路我們知道,在電路中使用不同的用電器,往往會有不同的能量轉(zhuǎn)化.回顧生活中用過的用電器,說明用電器將電能轉(zhuǎn)化成怎樣

2、的能量？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化電能內(nèi)能電能機械能 內(nèi)能電能化學能 內(nèi)能12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化純電阻元件：電爐、電烙鐵等電熱器件,只將電能轉(zhuǎn)化為熱能,稱純電阻元件非純電阻元件：轉(zhuǎn)動的電動機、蓄電池、電解槽等元件,將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能、化學能等其它形式的能,稱非純電阻元件.【質(zhì)疑提升1】電功和電功率1. 功是能量轉(zhuǎn)化的量度,思考并說明：用電器將電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程中,是什么力做功實現(xiàn)的呢？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 自由電荷在靜電力的作用下做定向移動,電荷的電勢能減少,其他形式的能增加.即：電場力對自由電荷做功,也稱為電流做功,簡稱電功.2. 如圖,在一段電路中,電路兩端電壓為U

3、,在t時間內(nèi),定向移動電荷量為q,則移動電荷電場力做多少功？若電路中的電流為I,又可以怎樣表示電場力做功？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流、通電時間三者的乘積 如果這段電路兩端的電勢差是U,定向移動電荷量為q,靜電力做的功為： 如果移動電荷所用的時間為t,電路中的電流為I,則： 即：單位：焦耳（ J）千瓦時,俗稱“度”,符號是 kWh1 kWh = 1000W3600 s = 3.6106 J 12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化你對電功有怎樣的理解？電功的單位？ 電流做功的實質(zhì)是導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功. 意義：電流做功的過程是電勢

4、能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程,即電功是電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的量度.3. 電流在一段電路中做功的功率又怎樣求解？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化電流在一段電路中所做的功與通電時間之比叫作電功率,用P表示.（1）電流在一段電路中做功的功率P等于這段電路兩端的電壓U與電流I的乘積.P=UIW=UIt（3）意義：表示電流做功的快慢.（2）單位：瓦（W）,常用單位還有千瓦（kW）.1kW103W4. 想一下,用上述表達式求解電功和電功率,與接在電路中的元件是純電阻、非純電阻有關(guān)嗎？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化適用于一切電路：純電阻、非純電阻.辨析用電器的額定電壓、額定功率、實際功率.額定電壓：表示用電器正常工

5、作時的電壓額定功率：是用電器長期正常工作時的最大功率,也就是用電器加上額定電壓時消耗的功率實際功率：用電器在工作中實際消耗的電功率若用電器在額定電壓下工作,則P實P額12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化幾種常見家用電器的額定功率 用電路29吋彩電電熨斗電冰箱微波爐臺燈額定電壓（V）220220220220220額定功率（W）1001503008001001508001200406012.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化【質(zhì)疑提升2】焦耳定律1. 在初中我們已學習了焦耳定律,回顧一下,焦耳定律的內(nèi)容？焦耳定律是實驗定律、還是理論推導(dǎo)定律？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化1電熱：由于導(dǎo)體有電阻,使電流流過導(dǎo)體時消耗的電能中轉(zhuǎn)

6、化為內(nèi)能的那一部分能量叫電熱2內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比3公式：QI2Rt.2. 能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中是守恒的.在電路中,通過電流做功將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能.若電流通過電阻,設(shè)電阻為R的元件兩端電壓為U、通過元件的電流為I,則：（1）在時間t內(nèi)電流做的功W？產(chǎn)生的電熱Q？（2）W、Q大小上有怎樣關(guān)系？（3）通過兩者關(guān)系,有怎樣的推論？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化QI2RtWUItUItI2RtUIR歐姆定律適用于純電阻元件3.電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的功率如何求解？在求解電熱的表達式中,是否對任何電路都可以適用呢？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 熱功

7、率:單位時間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱功率叫做熱功率焦耳定律適用于純電阻電路,也適用于非純電阻電路 熱功率即電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率.熱功率等于通電導(dǎo)體中電流I 的二次方與導(dǎo)體電阻R 的乘積.【質(zhì)疑提升3】電路中的能量轉(zhuǎn)化1. 當電流通過純電阻元件時,電能完全轉(zhuǎn)化為熱能.但有些電路中除含有電阻外還含有其它負載,如電動機.以含電動機的電風扇為例,研究電路中的能量轉(zhuǎn)化.思考：當電路中接入電風扇,電動機正常運行.(1)電路中有怎樣的能量轉(zhuǎn)化？能量間又有怎樣的關(guān)系？(2)電路中有怎樣的功率關(guān)系？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化能量變化：電能W 轉(zhuǎn)化+內(nèi)能Q 機械能功率變化：P電=P機+P熱電能=內(nèi)能+機械能.12.1 電路中

8、的能量轉(zhuǎn)化例：如圖,一電阻為r的電動機兩端電壓為U,電流表示數(shù)為I,則在時間t內(nèi)電功W、電動機產(chǎn)生的電熱Q、電動機輸出的機械能E分別為多少？W=UItQI2rtW=Q+E機即：UIt=I2rt+E機2.通過對非純電阻電路的分析,說明：歐姆定律適用于非純電阻電路嗎？12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化由UIt=I2rt+E機可得：UIt I2rt 有：U Ir 所以：歐姆定律不再適用于非純電阻電路此時,加在非純電阻電路兩端的電壓,大于在非純電阻元件內(nèi)阻上的電壓. 12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化 正常工作的電動機兩端電壓為U,通過的電流為I,經(jīng)時間為t時,電功是否可以用 I2rt求解？產(chǎn)生的電熱是否可以用UIt

9、求解？為什么？ 非純電阻元件正常工作時,電功需要用W=UIt求解,不能用I2rt .電熱需要用Q=I2rt 求解,不能用UIt. 非純電阻元件正常工作時,歐姆定律不適用,電功和電熱的求解表達式不能相互轉(zhuǎn)換.(1)電動機的輸入功率是電動機消耗的總功率：12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化(2)電動機的熱功率是線圈上電阻的發(fā)熱功率：P入UIP熱I2rP出IUI2r(3)電動機的輸出功率是電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率：電動機（非純電阻元件）的“三個功率和效率”(4)電動機的效率：3.通過對純電阻電路、非純電阻電路的分析,思考不同電路中電功、電熱的求解方法：12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化純電阻電路: 非純電阻電路:電能 內(nèi)能電能 內(nèi)能+其它形式的能 QI2Rt WIUt=I=U/R電功 = 電熱:W=IUt = =I2RtU2t/R電功率=熱功率：P = I U = U2/R = I2R =P熱 WW 其QIUt I2RtIU/R電功：W= IUt電熱：Q=I2Rt電功率：P = IU熱功率：P熱=I2RRM=Q12.1 電路中的能量轉(zhuǎn)化1.WUIt是電功的計算式,P電UI是電功率的計算式,適用于任何電路.QI2Rt是電熱的計算式,可以計算任何