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电路中的能量转化

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第12章 第1节 电路中的能量转化 课件

第12章 第1节 电路中的能量转化 课件

D．电冰箱、电视机和空调器
)
【解析】 电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2 860 W.用电器的功
率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故C正确．
【答案】 C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
内容索引
3．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一
空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调
两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大
小关系为
(
)
A．PA＝PB，PC＝PD
B．PA＝PD＞PB＝PC
C．PD＞PA＞PB＞PC
D．PB＞PC＞PD＞PA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
内容索引

根据R＝

【解析】

根据P＝

得RA＝RB＜RC＝RD.由电路图知UB＝UC，
验装置、实验过程，以及通过精确测量所得到的发现：当一种已知量
的伏打电在已知时间内通过一金属导体时，无论该金属导体的长度、
直径和无论是何种金属，其所放出的热总是与它的电阻及通过导体的
电流强度的平方成正比．
内容索引
1．对物理现象的研究通常有理论探究和实验探究两种途径，焦
耳是通过什么途径研究电流在导体中的发热规律的？
它进行了多方面的实验测试.1838年，在父亲的支持下，焦耳在工厂
里建造了一个实验室，开始了他最初的实验研究，在测试中，焦耳注
意到电机和电路中的发热现象，他想到这和机件运
转中的摩擦生热一样，都是动力损失的原因，这促

12-1 电路中的能量转化-高二物理(新人教版必修第三册)(解析版)

12-1 电路中的能量转化-高二物理(新人教版必修第三册)(解析版)

12.1 电路中的能量转化考点精讲考点1：串、并联电路中电功率的计算1．串联电路功率关系（1）各部分电路电流I 相同，根据P ＝I 2R ，各电阻上的电功率与电阻成正比。

（2）总功率P 总＝UI ＝(U 1＋U 2＋…＋U n )I ＝P 1＋P 2＋…＋P n 。

2．并联电路功率关系（1）各支路电压相同，根据P ＝U 2R ，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。

（2）总功率P 总＝UI ＝U (I 1＋I 2＋…＋I n )＝P 1＋P 2＋…＋P n 。

3.结论无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。

【例1】 有额定电压都是110 V ，额定功率P A ＝100 W ，P B ＝40 W 的电灯两盏，若接在电压是220 V 的电路上，两盏电灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是( )A B C D 【分析】(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和。

(2)串联电路中，功率与电阻成正比；并联电路中，功率与电阻成反比。

【解析】C 若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V ，对A 电路，因为R A ＜R B ，所以U A ＜U B ，即U B ＞110 V ，B 灯将被烧坏；对B 电路，U B ＞U 并，B 灯将被烧坏；对C 电路，R A 可能等于B 灯与变阻器并联后的电阻，所以U A 可能等于U B ，等于110 V ，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200 W ；对D 电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有U A ＝U B ＝U 并＝110 V ，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280 W 。

综上可知，C 正确。

【技巧与方法】功率求解的技巧1 在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式，如用电器电流相同时，用P ＝I 2R比较，若电压相同时，用P ＝U 2R比较，若电阻相同时，可根据I 或U 的关系比较。

电路中的能量转化(人教版2019必修第三册)

电路中的能量转化(人教版2019必修第三册)

例2:把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节
变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别
用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是 ( )
A．P甲=P乙
B．P甲=3P乙
C．P乙=3P甲
D．P乙>3P甲
R'
R
12V
甲
12V
乙
分析：
3I
I
R'
R
12V
甲
12V
乙
甲的总功率的大小为：P甲=3UI。
化为内能之外，还转化为机械能和化学能。现在我们以电动机为
例，讨论一下电路中的能量转化。
三、电路中的能量转化
思考与讨论
如图，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?
①能量变化： 电能W
②功率变化：P电=P机+P损
转化
机械能+内能Q（损失的能量）
P损=P热
P电=P机+P热
电能→内能
光能
电能→机械能
内能
电能→化学能
内能
当电流只通过纯电阻电路时，电流做功就会把电能全部转化为内能。
我们把导体通电时产生热量的现象，称为电流的热效应。
二、焦耳定律
电流通过电热水器，电饭锅等电热元件做功时，电能全部转
化为导体的内能。
电功等于电热量（电热）： Q=W
电功： W=UIt
欧姆定律： U=IR
2
U
2


P

I
R

（
）
R2
保温时，R2的功率
2
R1 R 2
2
根据题意
P

2.6 焦耳定律 电路中的能量转化

2.6 焦耳定律 电路中的能量转化

(4)国际单位：焦耳，符号J。 (5)意义(实质）：电流做功的过程是电能转化为其他形 式的能的过程，电流做了多少功，表明就有多少电能转 化为其他形式的能。即电功是电能转化为其他形式的能 的量度。
2．电功率
(1)定义：电流所做的功与做这些功所用时间的比值， 即单位时间内电流所做的功。
W UI (2)公式： P t
2
(1)公式表达：由闭合电路欧姆定律可得IE＝IU＋I r。 (2)物理意义：电源把其他形式的能量转化为电能的功率 2 IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I r之和。
1．电源的总功率： P
总
EI
2．电源的内耗功率： P
內
=I r
2
3．电源的输出功率：
P UI
(1)纯电阻电路中输出功率：
t
(1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值。 即单位时间内电阻通电所产生的热量。
【适用于一切电路】 【适用于纯电阻元件】
2 U 2 P热 I R UI R
4．焦耳热的应用与危害
(1)应用：利用电流的热效应来加热、烘干物体， 如电烙铁、电烤箱、电暖气、电炉、电饭锅、电 熨斗等。 (2)危害： ①减少用电器的使用寿命。 ②烧坏用电器甚至引起火灾。
纯电阻电路与非纯电阻电路对比
纯电阻电路
元件特点
欧姆定律
非纯电阻电路
除电阻外还包括能把电能转 化为其他形式能的用电器
不服从欧姆定律U＞IR
U 或 I＜ R
电路中只有电阻元件
U 服从欧姆定律I＝ R
能量转化
元件举例
电流做功全部 转化为内能 电阻、电炉丝、 白炽灯等
电流做功除转化为内能外还 要转化为其他形式的能 电动机、电解槽等

12-1 电路中的能量转化(解析版)(人教版必修第三册)

12-1 电路中的能量转化(解析版)(人教版必修第三册)

12.1 电路中的能量转化一、电功和电功率 1．电功(1)电功是指电路中 对定向移动的 所做的功， 做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程．(2)电功的计算公式：W ＝ . 单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h ＝ J. 2．电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与 之比． (2)公式：P ＝Wt ＝ .(3)单位：瓦特，符号为W.(4)意义：表示电流做功的 ． 二、焦耳定律 1．焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的 跟电流的二次方成 ，跟导体的电阻及通电时间成 比． (2)表达式：Q ＝ . 2．热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为 ． (2)表达式：P 热＝ .(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量． 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 ，还有一部分转化为 ，即P 电＝ ，其中P 电＝ ，P 损＝ .【参考答案】静电力 电荷 电流 UIt 3.6×106 通电时间 UI 快慢 热量 正比 正 I 2Rt热功率 I 2R 机械能 内能 P 机＋P 损 UI I 2R考点一：计算串联和并联电路的电功和电功率基础知识梳理典型例题分析【例1】两电阻12R R 、的电流I 和电压U 的关系如题图所示，可知两电阻串联时的功率之比等于（ ）A B ．3:1C ．D ．1:3【答案】D【解析】由于该图线为I U -图线，则图线的斜率表示电阻的倒数，两根图线的斜率比为3:1，所以电阻之比为12:1:3R R =根据功率公式2P I R =可知，两电阻串联时，电流相同，则功率之比等于电阻之比，即有12:1:3R R P P =ABC 错误，D 正确。

故选D 。

【变式练习】1．电阻R 1、R 2按图示方法接入电压恒定的电源上，闭合电键后保持R 1的阻值不变，改变R 2的阻值，则关于R 1消耗的功率P 1的说法正确的是（ ）A ．R 2增大，P 1增大B ．R 2增大，P 1减小C ．R 2减小，P 1减小D ．R 2减小，P 1不变【答案】B【解析】R 1消耗的功率2211112==()+U P I R R R RR 1的阻值不变，发现，R 2增大时，P 1减小，R 2减小时，P 1增大。

高中物理精品课件： 电路中的能量转化

高中物理精品课件： 电路中的能量转化

6．电动机的效率：
P出 P总
100%
。
例4.某一用直流电动机提升重物的装置如图所示，重物质量 m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机 以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流I=5A，求 电动机线圈电阻R（g取10m/s2）。
v 电动机线圈的电阻为4Ω。
用电器
29寸彩电 电熨斗
电冰箱Βιβλιοθήκη 微波炉台灯额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W） 100～150 300～800 100～150
800～ 1 200
40～60
例1.A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时,各自消耗的实际功率相
同，则RA:RB:RC为( D )
A.1:1:1 C.2:1:1
四、热功率
1.定义:单位时间内的发热量。
2.公式: P Q I2R
t
适用于一切电路
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)。
例2.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，
甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是 ( B )
3.公式: W UIt
适用范围：任何电路和元件电流在一段电路中所做的功W等于这段 电路中的电流I、这段电路两端的电压U、通电时间t三 者的乘积。
4.单位：焦(J)、千瓦时(kW·h)。
1kW·h＝3.6×106 J
二、电功率 1.定义：单位时间内电流所做的功。
物理意义： 表示电流做功的快慢。
2.公式: P W UI

电路中的能量转化_课件

电能全部转化为内能 电功等于电热
在非纯电阻电路中 （如电动机）
电能大部分转化为机械能但不可避 免的一小部分转化为内能
欧姆定律不适用于 非纯电阻电路！
电路中的功率分配
串联电路各个电阻消耗的电功率跟它们的电阻有什么关系？（纯电阻电路）
因为串联电阻的电流I一样，电压与电阻正比，而P=UI即功率与电压正，所 以功率正比于电阻
电功率
理解额定功率和实际功率 会计算电路中的总功率 理解并掌握电功和电功率
电功的实质
电流做功的实质 导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功
自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移 动，结果电荷的电势能减小，其他形式的能增加
电功的实质
如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，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，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?
单位： 焦，符号：J 常用单位有千瓦时（kW·h)
物理意义：反映了“多少电能转化为其他形式的能”
电功的反思
电路中如有白炽灯、电炉、电动机等元件，电功与这些元件的种类有关吗？ 电功W（消耗了多少电能）只与元件两端的电压U，通过的电流I和通电时间 t有关，与元件的种类无关。
不同的用电器电流做功的快慢不同
对于bc串联部分，由于电压相等，b 的电阻小，因此
这些用电器有什么共同点？ 电能全部转化为内能
电流通过导体产生的热量，即电热应该如何计算？
焦耳定律
知道并理解电流热效应 理解并掌握焦耳定律 理解并掌握热功率
焦耳定律
在纯电阻电路中（白炽灯、电炉等） 电能全部转化为热能，电功等于电热
焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q 等于电流I的二次方、导体的电阻R 和通电时间 t 三者的乘积 最初是焦耳用实验直接得到的

2.6电路中的能量转化


3V,0.2 11.25
例题：已知如图，E =6V，r =4Ω ，R1=2Ω ，R2的变化范 围是0～10Ω 。求:①电源的最大输出功率；②R1上消耗的 最大功率；③R2上消耗的最大功率。
R2 R1
E
r
① 2.25W② 2W③ 1.5W
例题：如图所示，直线a为电源的U-I图线，直线b为电阻R 的U-I图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，求电源 的输出功率和电源的效率．
特别地：外电路短 路时，U=0，则有： E•I短=I短2•r,
即电源提供的电能
全部转化为内能。
3.讨论：（设外电路为纯电阻，总电阻为R）
（1）电源的输出功率P出与R的关系
E2 P出=I2R=(R+r)2 = (R-r)2 +4r R E2R 当R=r时,P出最大
2 E Pmax= 4r
且最大值为:
由图可知:同一功率对应着两个电阻值,两个电阻值 之间有何关系呢?
r R1R2
（2）电源的效率η
P 出 UI = P供 EI
U （100%） E
若外电路是纯电阻，则有：
U IR R 1 = = = （100%） E I (R r) R r 1 r / R
R ↑, η ↑
§2.6 电路中的 能量转化
电源：其他能→电能，电源提供的电能为EIt ∴P供=EI
1.内阻：电能→电热，：Q=I2Rt ∴P内=I2r ∴ P出=UI
外电路：电源输出电能→其他能：UIt
2.闭合电路：E=U+Ir
EI=UI+I2r 即 P供=P出+P内
EIt=UIt+I2rt
闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电 路中的具体体现。

电路中的能量转化..

2.6 电路中的能量转化
一、电路中的能量转化
1．电源内部：其他形式的能转化为电能．同时， 电源本身也有一定的电阻．电流流过时电源也会发 热，消耗一部分电能． 2．外电路：通过电场力做功，将电源输出的电 能转化为其他形式的能量． 3．表达式： EIt＝UIt＋I2rt
EI＝UI＋I2r
4．物理意义：电源把其他形式的能量转化为电 能的功率IE ，等于电源输出功率IU与电源内电路的 热功率I2r 之和，闭合电路欧姆定律实质上是能量守 恒定律在闭合电路中的具体体现．
由于闭合电路中内、外电路的电流相等， 由 得
E U外 U内
EI U外I U内I 1．电源提供的功率（电源功率） P 总 EI
2．电源的输出功率（外电路得到的功率）
P外 U 外I
3．电源内阻上的热功率 P U I I 2 r 内 内 4．闭合电路中的能量转化
电源提供电能 外电路消耗的能量
③输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外
E2
(R -r)2
外
R外
+4r
2 E 当R外=r时,P出最大，且最大值为 P出m= 4r
电源的功率最大时，其效率只有50℅
五、闭合电路的U-I图象
E U0
b U N
1）右图中a为闭合电路的U-I图象，b为 部分电路(外电阻)的U-I图象 2）两者的交点坐标表示该电阻接入电 路时的路端电压与电流.
内电路消耗的电能
二、闭合电路中几种功率及相互关系
物理量
内容
电源的内耗 电源的功率P 功率P内
电源输出 功率P外
普遍表达式
P＝IE
P内＝I2r P内＝I2r
P外＝IU外

1.电路中的能量转化

这台电动机的电功率是多少？工作5小时的用电量是多少？
二、焦耳定律
1.电热：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。
即
Q=I2Rt
2.热功率：单位时间内产生的热量
P热=I2R
3.电热元件：电能全部转化为导体的内能，产生热量的电学元件，比如白炽灯、电炉等
例2 把家用电炉的电热丝剪去一小段后,继续使用,则在同样的时间内( C )
A.由Q=I2Rt可知,电炉的发热量减小
B.由Q=UIt可知,电炉的发热量不变
2
C.由Q= t可知,电炉的发热量增大

D.无法确定电炉的发热量的变化
总结提高：电热元件的热功率的计算方法
方法一：焦耳定律：P热=I2R
方法二：能量守恒：P热= P电=IU
方法三：焦耳定律：热 =
2

三、电路中的能量转化
一、电功和电功率
1.电功：电流做功，是静电力对自由电荷做功，电能转化为其他能的量，功率：单位时间电流做功，单位时间内电能转化为其他能的量，俗称单位时间用电

量，由电 = 电得：

P电=IU
思考与讨论：1 kW ·h是什么物理量的单位？表示什么意思？
例1 一个电动机，当它两端所加的电压为220 V时，通过的电流是5 A，求
1.根据能量守恒，电机消耗的电能，一部分转化为对外输出的机械能，一部分转化为
内能。故
P电=P机+P热
2.式中P电=IU是电动机消耗的电功率，P机是电动机对外输出的机械功率，P热=I2R是
电机线圈通电产生的热功率。
3.将上述表达式代入得：IU=P机+I2R.即U>IR.
例3 一台电动机，线圈电阻是0.4 Ω，当它两端所加的电压为220 V时，通
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3/6
通电时间成正比。这个关系最初是焦耳由实验得到的。表达式： 2．热功率： 单位时间的发热量通常称为热功率，表达式为
??= ?2????? P = ?2???。
（三）电路中的能量转化
教师：电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。
再次请同学们列举电能转化成其他能量的例子：
1．电灯将电能转化为内能和光能。
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：化为其他形式能的多少。 2．电功率（ P） （1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。 （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：国际单位制中：瓦特（ W）。 （4）物理意义：表示电流做功的快慢。 让学生观察用电器上的铭牌，提问：用电器上写的功率是它在工作中的实际功率 吗？引出额定功率与实际功率。 3．额定功率和实际功率 用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际 功率。 观察实验，同一个小灯泡接入不同的电压，亮度不一样，并且测量得出的电功率 也不一样，因此我们知道，用电器的实际功率与额定功率的关系： 用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。 教师展示几种常见家用电器的额定功率
电流是 5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？ 解：电动机发热的功率为 ??热 = ?2???= 52 × 0.4 W = 10W 电动机消耗的电功率为 ??电 = ???=? 5A × 220V = 1100W
电动的对外做功的功率为 ??机 = ??电 ? ??热 = 1100W ? 10W = 1090W 教师和学生一起总结电动机类和电热水器类的不同
用电路
29 寸彩电
电熨斗
电冰箱
微波炉
台灯
额定电压（ V ）
220
220
220
220
220
额定功率（ W） 70～150 300～ 800 100～150 800～ 1200 40～ 60
（二）焦耳定律
教师：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 ??= ???，?可以得到热量 ??的表达式 ??= ?2???。??
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。
在时间 t 通过这段电路上任一横截面的电荷量 q 是多少？
这相于在时间 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？
电场力做功的功率是多少？
这些公式分别用语言怎么描述？
教师讲解： 在时间 t 内，通过这段 电路上任一横截面的电荷量 q = It 在这一过程中，电场力做的功 W = qU = UIt
的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？本节课我们学习关于电功和电功率的知 识。 二、新课教学
（一）电功和电功率 请同学们思考下列问题： （1）电场力的功的定义式是什么？ （2）电流的定义式是什么？ 答：电场力的功的定义式 ?? = ???。?
1/6
??
电流的定义式 ??= ??
如图所示，一段电路两端的电压为 U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有
1kW·ｈ表示功率为 1kW 的用电器正常工作 1h 所消耗的电能。 1kW· h=1000W× 3600s=3.6 ×6J10 利用电功率的公式 P = UI计算时，电压 U 的单位： V ，电流 I 的单位： A ，电功率
P 的单位就是 W 。 总结如下：
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
纯电阻电路
非纯电阻电路
元件特点
电路中只有电阻元件
电流、电压、 电阻的关系
符合欧姆定律 ??= ????
除电阻外还包括能把电能转化 为其他形式的能的用电器 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
电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中的区 别。
【教学过程】
一、创设情景，导入新课 教师：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
常用的用电器，并说明其能量的转化情况。 学生举例： 1．电灯将电能转化为内能和光能。 2．电炉将电能转化为内能。 3．电动机将电能转化为机械能。 4．电解槽将电能转化为化学能。 教师：用电器把电能转化成其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流做功
电路中的能量转化
【教学目标】
1．理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公 式，能进行有关的计算。
2．理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。 3．知道电功率和热功率的区别和联系。 4．通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养分析、推理能力。
【教学重点】
电功和电热的计算。
【教学难点】
即：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。我们把它称为焦耳定律。
那么产生热量的快慢怎么表示呢？
由??=
?2???，????=
??
??=
??
??得： ??=
?2???，表示电流做功全部变成热的功率，我们称为
热功率。 总结如下： 1．焦耳定律： 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
??
电场力做功的功率为 P = ??= UI
电功：电流在这一段电路上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。 电流做功的功率等于这段电路两端的电压 U、电路中的电流 I 的乘积。 在国际单位制中，电功的单位是焦耳，简称焦，符号 J。
电功常用单位是千瓦时，俗称“度” ，符号是 kW ·h.
2．电炉将电能转化为内能。
3．电动机将电能转化为机械能。
4．电解槽将电能转化为化学能。
提问：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？
学生回答：电动机除了将电能转化成机械能以外，还有一部分电能转化成了热
量。
思考：一个电动机，线圈电阻是 0.4 Ω，当它两端所加的电压为 220V 时，通过的