2.8焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化課件高二上學(xué)期物理教科版

第一章靜電場(chǎng)2.8焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化電荷

教科版（2019）高中物理必修第三冊(cè)目錄1234新課導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)新課講解經(jīng)典例題5課堂練習(xí)6課堂小結(jié)通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)，即導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做功?，F(xiàn)代生活中隨處都可以見(jiàn)到用電設(shè)備和用電器，例如電燈、電熱水壺、電動(dòng)汽車等。那么，你知道這些用電器中的能量是通過(guò)什么途徑轉(zhuǎn)化的嗎?電熱水壺通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。我們知道能量的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程，是通過(guò)什么做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的呢？功是能量轉(zhuǎn)化的量度，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程可以看成是電流做功的過(guò)程，我們把電流通過(guò)電路時(shí)所做的功叫作電功。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解電功、電功率、焦耳定律、熱功率的概念，知道它們的區(qū)別與聯(lián)系。2.知道純電阻電路與非純電阻電路的特點(diǎn)和區(qū)別，理解兩種電路的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。一、電功和電功率1.電功（1）電功：電流通過(guò)電路時(shí)所做的功。

電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（2）實(shí)質(zhì)：導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力在做功。

自由電荷在靜電力的作用下做定向移動(dòng)，結(jié)果電荷的電勢(shì)能減少，其他形式的能增加。試推導(dǎo)電功的表達(dá)式問(wèn)題：如圖表示一段電路，這段電路兩端的電勢(shì)差是U，電路中的電流為I，電荷從左向右定向移動(dòng)，你能推導(dǎo)出這段時(shí)間t內(nèi)恒定電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功嗎？提示：①時(shí)間t內(nèi)有通過(guò)電路的電荷量是多少？②電場(chǎng)力做功和什么有關(guān)？如何計(jì)算？③電功的單位：焦(J)千瓦時(shí)(kW·h).1kW·h＝3.6×106J④電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度。

電流做了多少功，就有多少電能（電勢(shì)能）轉(zhuǎn)化為其他能。（3）電功的計(jì)算①表達(dá)式：W=UIt

電流在一段電路中所做的功，等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通電時(shí)間t三者的乘積。②適用條件：公式適用于一切電路。（1）電功率：電流在一段電路中所做的功與通電時(shí)間之比叫作電功率，用P表示。（3）單位：瓦特（W）、千瓦（kw）2.電功率（2）表達(dá)式：P＝UI

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。（4）意義：電功率表示電流做功的快慢。②實(shí)際功率：用電器____________時(shí)消耗的電功率。為了保證用電器不被損壞，要求實(shí)際功率不能大于其額定功率。最大功率

實(shí)際工作

①額定功率：用電器長(zhǎng)期正常工作時(shí)的____________，也就是用電器工作在額定電壓下的電功率。（用電器銘牌上所標(biāo)稱的功率是額定功率）（5）額定功率和實(shí)際功率電流通過(guò)電路做功時(shí)，電能會(huì)轉(zhuǎn)化為哪種形式的能量，要看電路中有哪種類型的用電器。其中，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能是最普遍的現(xiàn)象。電流通過(guò)電熱水器中的電熱元件做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)發(fā)熱是一種普遍的現(xiàn)象，稱為電流的熱效應(yīng)。二、焦耳定律設(shè)熱水器兩端電壓為U，電流為I，通電時(shí)間為t，能產(chǎn)生多生熱量？電流在這段電路中做的功W等于這段電路產(chǎn)生的熱量Q，即Q=W=IUt由歐姆定律U=IR，得熱量Q的表達(dá)式Q＝I2Rt初中我們就學(xué)過(guò)，能量在相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中是守恒的，下面我們應(yīng)用能量守恒定律分析電路中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題。電流通過(guò)電熱水器中的電熱元件做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。1.電流的熱效應(yīng)：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)發(fā)熱的現(xiàn)象。2.焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過(guò)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(shí)間成正比.這個(gè)關(guān)系式最初是由焦耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律.(2)表達(dá)式Q＝I2Rt.(3)焦耳定律適用條件：焦耳定律是一條實(shí)驗(yàn)定律，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的一條普適定律，適用于一切導(dǎo)體（電路）。3.熱功率P熱＝I2R.電烙鐵通電后，電烙鐵的烙鐵頭熱得能把金屬熔化，而與電烙鐵相連的導(dǎo)線卻不怎么熱，為什么？根據(jù)焦耳定律Q＝I2Rt，烙鐵頭的電阻大，導(dǎo)線的電阻很小，所以烙鐵頭產(chǎn)生的熱量大，溫度高于導(dǎo)線的溫度。純“發(fā)熱”元件的電功和電熱電路中的電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，所以電流在這段電路中做的功W＝UIt，等于這段電路產(chǎn)生的熱量Q。即：Q＝W=UIt①對(duì)純發(fā)熱元件，由歐姆定律得：U＝IR②由①、②可得熱量Q的表達(dá)式：Q＝I2Rt注意：不能誤認(rèn)為Q＝I2Rt是由W=UIt推導(dǎo)出來(lái)的。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化焦耳定律討論了電路中電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的情況，但是實(shí)際中如果是非純電阻電路，能量又是如何轉(zhuǎn)化的呢？.下面我們以電動(dòng)機(jī)為例，討論其能量轉(zhuǎn)化.沒(méi)有，不成立.因?yàn)殡娔苤挥胁糠洲D(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。1.電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功，將電能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能了嗎？即“P機(jī)＝P電”成立嗎？為什么？P熱＝I2R.P電＝P機(jī)＋P熱.3.電功率、熱功率和轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率三者什么關(guān)系？2.若電路中的電流為I，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，則P熱等于什么？電能

→

內(nèi)能Q=I2RtW=UIt=電功率=熱功率：P=P熱

=UI=I2R說(shuō)明：歐姆定律適用于純電阻！R（1）純電阻電路：電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。例如白熾燈、電爐、電烙鐵等。1.純電阻電路和非純電阻電路（2）非純電阻電路：電能部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，同時(shí)還轉(zhuǎn)化為其它形式的能量。例如：電動(dòng)機(jī)、電解槽、電風(fēng)扇等。電能

→

內(nèi)能

+

其它形式的能WW-QQUItI2Rt＞電功率：P=UI熱功率：P熱=I2R其它形式功率：P其它=UI-I2R注意：歐姆定律不適用于非純電阻！M2.純電阻電路與非純電阻電路的比較比較項(xiàng)目純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻元件，如電阻、電爐絲、小燈泡電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的用電器，如電動(dòng)機(jī)、電解槽歐姆定律能量轉(zhuǎn)化電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能：

W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋E其他功率特點(diǎn)電功率等于熱功率：電功率等于熱功率與其他功率之和：P電＝UIP熱＝I2RP電＝P熱＋P其他（1）電動(dòng)機(jī)的功率

①輸入功率：電動(dòng)機(jī)消耗的總功率

②發(fā)熱功率：線圈上電阻的發(fā)熱功率

③輸出功率：即機(jī)械功率P入＝

P總＝UIP熱＝I2r

三者關(guān)系為：UI＝I2r＋P機(jī)

P出=P機(jī)＝UI－I2r3.含電動(dòng)機(jī)電路的分析（2）電動(dòng)機(jī)的效率典例分析(1)電功率越大，表示電流做功越多。(

)(2)由公式P＝

可知，時(shí)間越短，功率越大。(

)××典例分析1.A、B兩燈的額定電壓都是110V，A燈的額定功率PA＝100W，B燈的額定功率PB＝40W，若將兩燈同時(shí)接入電壓恒為220V的電路中，且使兩燈均能正常發(fā)光，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的兩種電路，則甲、乙兩電路消耗的電功率之比為A.2∶7 B.2∶5C.5∶7 D.3∶7√典例分析2.一個(gè)阻值為1Ω的電阻，通過(guò)它的電流為2A，則下列說(shuō)法正確的是A.1s內(nèi)通過(guò)該電阻的電荷量為1CB.該電阻1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為2JC.該電阻1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為4JD.該電阻的熱功率為2W√典例分析該電阻1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q＝I2Rt＝4J，B錯(cuò)誤，C正確；P＝I2R＝4W，D錯(cuò)誤。課堂練習(xí)1.A、B、C三個(gè)燈泡按如圖所示的方式連接時(shí),各自消耗的實(shí)際功率相同，則RA:RB:RC為(

)A.1:1:1 B.1:2:2C.2:1:1 D.1:4:4ACBD課堂練習(xí)R1R2R33.如圖所示的電路中，三電阻串聯(lián)，其阻值R1=2Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，電路總電壓為U，各電阻消耗的功率分別為P1、P2、P3，則P1∶P2∶P3等于()A.2∶3∶