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1、电路中的能量转化人教版高中物理 必修3新知导入现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？电热水壶通电时，电能转化为内能电动机通电时，电能转化为机械能新知导入那么，你知道电能转化为其他形式的能，是通过什么做功来实现的吗？蓄电池充电时，电能转化为化学能。新知讲解一、电功和电功率1.电功（1）电场力(或电流)所做的功叫做电功。电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。（2）电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做功。自由电荷在静电力的作用下做定向移动，结果电荷的电势能减少，其他形式的能增加。新知讲解（3）试推导电功的表达式qqU问题：如
2、图表示一段电路，这段电路两端的电势差是 U，电路中的电流为 I，电荷从左向右定向移动，你能表示出t这段时间内静电力做的功吗？解：这段时间内通过这段电路任一截面的电荷量为q It静电力做的功就是WUq UIt新知讲解电功的定义式：W=IUt上式表示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、通电时间 t 三者的乘积。注意：公式适用于一切电路；U、I对应同一段电路。单位：焦(J)千瓦时(kWh).1kWh3.6106J电功是电能转化为其他形式能的量度。新知讲解2.电功率（1）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。（2）电功率公式：P UI电流在
3、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。（3）单位：瓦特（W）、千瓦（kw）新知讲解二、焦耳定律我们知道能量在相互转化或转移的过程中是守恒的，下面我们应用能量守恒定律分析电路中的能量转化问题。思考：电流通过电热水器中的电热元件做功时，电路中的能量发生了怎样转化？新知讲解电路中的电能全部转化为导体的内能，所以电流在这段电路中做的功 W UIt，等于这段电路产生的热量 Q。即：Q W=UIt （1）由欧姆定律 U IR （2）由（1）、（2）可得热量 Q 的表达式 Q I2 Rt新知讲解1.焦耳定律（1）Q=I2Rt电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导
4、体的电阻及通电时间成正比。这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律（2）单位：I安，R欧，t秒，Q焦 2.焦耳定律适条件：纯电阻电路新知讲解3.纯电阻电路和非纯电阻电路（1）纯电阻电路：电能完全转化为内能。例如白炽灯、电炉、电烙铁等。（2）非纯电阻电路：除电阻外还包括能把电能转化为其它形式的能的用电器例如：电动机、电解槽、电风扇等。4.电流发热的功率（1）单位时间内的发热量:新知讲解（2）公式：热功率P等于通电导体中电流 I 的二次方与导体电阻R 的乘积。3.单位：瓦(W)千瓦(kW)。说明（1）纯电阻电路中电功等于电热；电功率等于热功率w=UIt=I2 Rt P=
5、UI=（2）非纯电阻电路中电功大于电热；电功率大于热功率。新知讲解三、电路中的能量转化焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的纯电阻电路的情况，如果是非纯电阻电路，那么它的能量又是如何转化的呢？下面我们以下面我们以电动机为例，讨论一下电路中的能量转化。新知讲解当电动机接上电源后，会带动风扇转动，从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能，所以这一过程涉及的功率有：P机和P损它们之间满足：P 电 P 机 P 损思考与讨论1:当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？思考讨论2：假设有一台电动机两端的电压为U，通过电动机
6、线圈的电流为I，电动机线圈的电阻为R，你能用已知量表示出电动机消耗的电功率P电 和线圈消耗的热功率P热吗？参考答案：电动机消耗的电功率P电 UI电动机刚停止工作时，我们发现外壳是热的，说明工作时有电能转化为内能，则线圈消耗的热功率P热=I2R。新知讲解思考讨论3：电动机损失的内能和线圈发热产生的热能之间有什么关系？P损 与P热之间的关系呢？参考答案：电动机损失的内能包括转子与轴承之间的摩擦发热产生的能量损失，空气阻力损失的能量，线圈发热产生的能量损失，严格来说损失的能量大于线圈发热产生的热能。不过主要的能量损失为线圈发热产生的热能。一般情况下认为P损与P热是相等的。新知讲解新知讲解例题:一台电
7、动机，线圈的电阻是 0.4，当它两端所加的电压为 220 V 时，通过的电流是 5 A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率 P电、电动机发热的功率P热 和对外做功转化为机械能的功率 P机。三者之间遵从能量守恒定律，即:P 电 P 机 P 热新知讲解解:由焦耳定律可知，电动机发热的功率为P 热 I2R 52 0.4W 10W电动机消耗的电功率为P电 UI 2205 W 1 100 W根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为P 机 P 电 P 热 1 100 W 10 W 1090 W这台电动机发热的功率为 10 W，对外做功的功率为 10
8、90 W。课堂练习1下列用电器中，不是根据电流的热效应制成的是（）A电热毯 B电熨斗 C电话 D电热水器 C课堂练习2.一个定值电阻R，当其两端的电压为U时，它在t时间内产生的热量为Q；当其两端的电压为2U时，它在2t时间内产生的热量为（）A2Q B4Q C6Q D8QD课堂练习3.电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不太热，原因是（）A通过电炉丝的电流大，而导线电流小 B电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以不热 C铜导线的电阻比电炉丝小得多，在串联的情况下铜导线的发热量小 D电炉丝的两端电压比铜导线两端的电压小得多 C课堂练习4某电阻的阻值为5，通过的电流为2A，
9、则它在10s的时间内产生的热量为（）A100J B200J C20J D2J B拓展提高1.如图所示，R1=6，R2=3，R3=4，左右两端接入电路后，关于这三只电阻的判断正确的是（）A电流之比是I1：I2：I3=4：3：6 B电压之比是U1：U2：U3=1：1：2 C功率之比是P1：P2：P3=4：3：6 D相同时间内产生热量之比Q1：Q2：Q3=6：3：4 BR1R2R3拓展提高2.两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B串联在电路中，A的长度为L，直径为d；B的长度为2L，直径为2d，那么通电后，A、B在相同的时间内产生的热量之比为（）AQA：QB=2：1 BQA：QB=1：1 CQA：QB
10、=1：2 DQA：QB=4：1 A拓展提高3通过电阻R的电流强度为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流强度为I/2，则在时间t内产生的热量为（）AQ/2 B2Q C4Q DQ/4 A课堂总结1.电功的定义式：W=IUt2.电功率公式：P UI3.焦耳定律：Q=I2Rt焦耳定律适条件：纯电阻电路4.电流发热的功率：P=I2R 5.从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。板书设计一、电功和电功率1.电功的定义式：W=IUt2.电功率公式：P UI二、焦耳定律1.Q=I2Rt单位：I安，R欧，t秒，Q焦2.焦耳定律适条件：纯电阻电路板书设计3.电流发热的功率：P=I2R三、电路中的能量转化从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。