第十二章電能能量守恒定律12.1電路中的能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)入新課現(xiàn)代生活中隨處都可以見到用電設(shè)備和用電器，如電燈、電熱水壺、電動汽車、手機(jī)等。那么，你知道這些用電器中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的嗎？（1）電燈工作時，把電能轉(zhuǎn)化為光能（2）電熱水壺工作時，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（3）電動機(jī)工作時，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（4）手機(jī)電池充電時，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能………1、一段電路兩端的電壓為U，通過的電流為I。（1）在時間t內(nèi)通過這段電路任一橫截面的電荷量表達(dá)式是什么？

（2）在時間t內(nèi)將電荷由這段電路的一端移動到另一端靜電力所做功的表達(dá)式是什么？

一、電功和電功率q=ItW=qU=UIt2、靜電力做功的快慢用什么物理量描述？靜電力做功的快慢用電功率描述交流討論表達(dá)式是什么？P=UI1.電功(1)定義：電流在一段電路中所做的功。(2)公式：W＝UIt。(3)單位：焦耳，符號J；常用單位：千瓦時(kW·h)

1kW·h＝3.6×106J。(4)說明：①實質(zhì)：導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做正功，電勢能減小，其它形式的能增加。②適用條件：任何電路。一、電功和電功率梳理深化2.電功率(1)定義：電流在一段電路中所做的功與通電時間之比。(2)公式：

公式表明：電流在一段電路上做功的功率

P

等于電流

I

跟這段電路兩端電壓U

的乘積。(3)單位：瓦特，符號W。(4)說明：①意義：電流做功的快慢；②適用條件：任何電路。一、電功和電功率【例1】有額定電壓都是110V，額定功率PA＝100W，PB＝40W的電燈兩盞，若接在電壓是220V的電路上，兩盞電燈均能正常發(fā)光，下列電路中消耗功率最小的電路是(

)鞏固提升一、電功和電功率CADCB練習(xí)1、把六個相同的小燈泡接成如圖甲、乙所示的電路，調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光，甲、乙兩電路所消耗的總功率分別用P甲和P乙表示，則下列結(jié)論中正確的是()A．P甲＝P乙

B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲

D．P乙＞3P甲甲乙一、電功和電功率B1、用電爐燒水時，爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因？二、焦耳定律電流產(chǎn)生的熱與電阻有關(guān)交流討論2、忽略能量損失，用電爐燒水時，電能是如何轉(zhuǎn)化的？電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能；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W＝Q守恒思想3、由電功的公式、歐姆定律和W＝Q，推導(dǎo)熱量、電流和時間的關(guān)系式。二、焦耳定律W=UItU=IR4、歸納熱量、電流、電阻和時間的關(guān)系。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5、由電功率的公式、歐姆定律和W＝Q，推導(dǎo)熱功率的表達(dá)式。1.焦耳定律(1)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。(2)表達(dá)式：Q＝I2Rt。(3)適用條件：任何電路。梳理深化二、焦耳定律2.熱功率(1)表達(dá)式：P熱=I

2R

。(2)物理意義：表示電流發(fā)熱快慢的物理量。(3)適用條件：任何電路?！纠?】通過電阻R的電流為I時，在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q；若電阻為2R，電流為

時，則在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A．4Q

B．2Q

C．

D．

鞏固提升二、焦耳定律C練習(xí)2、把家用電爐的電熱絲剪去一小段后，繼續(xù)使用，則在同樣的時間內(nèi)(

)A．由Q＝I2Rt可知，電爐的發(fā)熱量減小B．由Q＝UIt可知，電爐的發(fā)熱量不變C．由Q＝

可知，電爐的發(fā)熱量增大D．無法確定二、焦耳定律C1、如圖，當(dāng)電動機(jī)接上電源后，會帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，這里涉及哪些功率？功率間的關(guān)系又如何？三、電路中的能量轉(zhuǎn)化涉及電功率、機(jī)械功率和熱功率（能量損失）交流討論電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，功率間滿足關(guān)系式：2、把標(biāo)有“220V40W”的電熱絲和“220V40W”的電動機(jī)，它們并聯(lián)后接到220V的照明電路中，二者都能正常工作，它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？為什么？不同純電阻電路非純電阻電路三、電路中的能量轉(zhuǎn)化守恒思想電熱絲：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電動機(jī)：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能功率關(guān)系1.兩種電路

純電阻電路非純電阻電路舉例能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系梳理深化三、電路中的能量轉(zhuǎn)化白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動機(jī)、電解槽W＝Q即UIt＝I2RtW＝Q＋E其他即UIt＝I2Rt＋E其他電功率和熱功率的關(guān)系歐姆定律是否成立說明三、電路中的能量轉(zhuǎn)化P＝P熱即IU＝I

2RP＝P熱＋P其他即IU＝I

2R＋P其他W＝UIt、P電＝UI適用于任何電路計算電功和電功率Q＝I

2Rt、P熱＝I

2R適用于任何電路計算電熱和熱功率只有純電阻電路滿足W＝Q，P電＝P熱；非純電阻電路W＞Q，P電＞P熱U＝IR，I＝，歐姆定律成立U＞IR，I＜，歐姆定律不成立2.電動機(jī)的功率和效率(1)電動機(jī)的輸入功率是電動機(jī)消耗的總功率：P總＝UI。(2)電動機(jī)的熱功率是線圈上電阻的發(fā)熱功率：P熱＝I

2r。(3)電動機(jī)的輸出功率是電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率：P機(jī)＝P總－P熱＝UI－I

2r。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化(4)電動機(jī)的效率：η＝

×100%。(5)當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子被卡住時，所在電路就變成了純電阻電路?！纠?】一臺電動機(jī)，線圈的電阻是0.4Ω，當(dāng)它兩端所加的電壓為220V時，通過的電流是5A。這臺電動機(jī)發(fā)熱的功率與對外做功的功率各是多少？解析：電動機(jī)發(fā)熱的功率：P熱=I2R=52×0.4W=10W電動機(jī)消耗的電功率：P電=UI=220×5W=1100W電動機(jī)對外做功的功率：P機(jī)=P電-P熱=1100W-10W=1090W鞏固提升三、電路中的能量轉(zhuǎn)化三、電路中的能量轉(zhuǎn)化【例4】在研究微型電動機(jī)的性能時，可采用如圖所示的實驗電路。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R使電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V。求這臺電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機(jī)的線圈電阻。解析：電動機(jī)停止工作時，電動機(jī)中只有電動機(jī)的線圈消耗電能，其阻值三、電路中的能量轉(zhuǎn)化【例4】在研究微型電動機(jī)的性能時，可采用如圖所示的實驗電路。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R使電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V。求這臺電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機(jī)的線圈電阻。當(dāng)電動機(jī)正常工作時，總功率：P總＝U2I2＝15.0×2.0W＝30.0W線圈電阻的熱功率：P熱＝I22r＝2.0

2×2W＝8.0W電動機(jī)的輸出功率：P出＝P總－P熱＝30.0W－8.0W＝22.0W三、電路中的能量轉(zhuǎn)化【例4】在研究微型電動機(jī)的性能時，可采用如圖所示的實驗電路。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R使電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V。求這臺電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機(jī)的線圈電阻。若電動機(jī)以v＝1m/s勻速豎直向上提升重物，該重物的質(zhì)量為多少？(g＝10m/s2)提示：P出＝mgv，則練習(xí)3、小型直流電動機(jī)(其線圈內(nèi)阻為r＝1Ω)與規(guī)格為“4V

4W”的小燈泡并聯(lián)，再與阻值為R＝5Ω的電阻串聯(lián)，然后接至U＝12V的電源上，如圖所示，小燈泡恰好正常發(fā)光，電動機(jī)正常工作。求：(1)通過電動機(jī)的電流；(2)電動機(jī)的輸出功率P出；(3)電動機(jī)的效率。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化解析:(1)流經(jīng)燈泡的電流

IL＝

＝

＝1A流經(jīng)電阻

R的電流流經(jīng)電動機(jī)的電流

I＝IR－IL＝0.6A練習(xí)3、小型直流電動機(jī)(其線圈內(nèi)阻為r＝1Ω)與規(guī)格為“4V

4W”的小燈泡并聯(lián)，再與阻值為R＝5Ω的電阻串聯(lián)，然后接至U＝12V的電源上，如圖所示，小燈泡恰好正常發(fā)光，電動機(jī)正常工作。求：(1)通過電動機(jī)的電流；(2)電動機(jī)的輸出功率P出；(3)電動機(jī)的效率。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化(2)電動機(jī)消耗的總功率P′＝ULI＝4×0.6W＝2.4W電動機(jī)的熱功率P熱＝I2r＝0.62×1W＝0.36W電動機(jī)的輸出功率P出＝P′－P熱＝2.4W－0.36W＝2.04W(3)電動機(jī)的效率η＝×100%＝

×100%＝85%練習(xí)4、規(guī)格為“220V

36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω。求：(1)接上220V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化解析:(1)排氣扇在220V電壓下正常工作電流I＝

＝

≈0.16A發(fā)熱功率P熱＝I2R＝0.162×40W＝1W，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)＝P－P熱＝(36－1)W＝35W練習(xí)4、規(guī)格為“220V

36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω。求：(1)接上220V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化(2)扇葉被卡住不動后電動機(jī)相當(dāng)于純電阻，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時通過排氣扇的電流I′＝