6/61.電路中的能量轉(zhuǎn)化課標(biāo)要求素養(yǎng)目標(biāo)1.理解電功、電功率及焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的電熱現(xiàn)象。2.收集新型電熱器的資料，了解其發(fā)熱原理。3.從能量守恒的角度認(rèn)識用電器能量的轉(zhuǎn)化問題1.了解純電阻電路和非純電阻電路中能量的轉(zhuǎn)化。（物理觀念）2.知道電流做功的過程就是電能與其他形式能量轉(zhuǎn)化的過程。（科學(xué)思維）3.了解科學(xué)技術(shù)與社會環(huán)境的關(guān)系，具有節(jié)約能源的意識。（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）知識點一電功和電功率1.電功（1）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、通電時間t三者的。（2）公式：W＝。（3）單位：國際單位制中電功的單位是，符號是。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）定義式：P＝Wt＝表示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。（3）單位：國際單位制中電功率的單位是，符號是。知識點二焦耳定律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，跟導(dǎo)體的及通電時間成。2.表達(dá)式：Q＝。3.熱功率（1）定義：電流通過導(dǎo)體的功率。（2）表達(dá)式：P熱＝。知識點三電路中的能量轉(zhuǎn)化1.電動機(jī)工作時的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：電動機(jī)從電源獲得能量，一部分轉(zhuǎn)化為，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2.功率關(guān)系：P電＝P機(jī)＋P損，P電＝UI。不考慮摩擦阻力和空氣阻力引起的能量損失，則有P損＝P熱＝I2R。3.電池充電時的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：電池從電源獲得的能量一部分轉(zhuǎn)化為電池的能，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。【情景思辨】如圖所示的是在我們生活中常見的用電器，請判斷下列關(guān)于用電器說法的正誤。（1）電吹風(fēng)、電風(fēng)扇和洗衣機(jī)工作時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能。（）（2）電熨斗工作時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（）（3）電風(fēng)扇接上電源后，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動起來，電風(fēng)扇消耗的電功率等于機(jī)械功率。（）（4）電吹風(fēng)、電風(fēng)扇、電熨斗、洗衣機(jī)的電路都是非純電阻電路。（）要點一電功和電功率的理解【探究】當(dāng)家中只開一盞節(jié)能燈時，電能表的表盤轉(zhuǎn)得很慢，而用電磁爐燒水時，電能表的表盤卻轉(zhuǎn)得很快。這是為什么呢？【歸納】1.電功和電功率W＝UIt是電功的計算式，P＝UI是電功率的計算式，適用于任何電路。2.電功的單位：在國際單位制中電功的單位是焦耳，常用單位有度（千瓦時），1度＝1千瓦時＝3.6×106焦耳。3.額定功率和實際功率額定功率：用電器在額定電壓下工作的功率。實際功率：用電器在實際電壓下工作的功率。4.串、并聯(lián)電路功率的關(guān)系項目串聯(lián)電路并聯(lián)電路功率關(guān)系（1）各部分電路電流I相同，根據(jù)P＝I2R可知，各電阻上的電功率與電阻成正比。（2）總功率P總＝UI＝（U1＋U2＋…＋Un）I＝P1＋P2＋…＋Pn（1）各支路電壓相同，根據(jù)P＝U2R可知（2）總功率P總＝UI＝U（I1＋I(xiàn)2＋…＋I(xiàn)n）＝P1＋P2＋…＋Pn【典例1】在實驗室中有兩個小燈泡A、B，其電阻的關(guān)系為RA＞RB。現(xiàn)將兩個小燈泡分別按圖甲和圖乙的方式接在學(xué)生電源上，然后將兩學(xué)生電源的電壓調(diào)為相同，兩個電路中的小燈泡A、B都發(fā)光。下列關(guān)于兩個小燈泡的亮度的分析正確的是（）A.圖甲電路中小燈泡A比較亮B.圖乙電路中小燈泡A比較亮C.兩電路中的小燈泡都同樣亮D.由于A、B的額定電壓與額定功率未知，因此無法確定嘗試解答1.A、B、C三個燈泡按如圖所示的方式連接時，各自消耗的實際功率相同，則RA∶RB∶RC為（）A.1∶1∶1 B.1∶2∶2C.2∶1∶1 D.1∶4∶42.如圖所示，粗細(xì)均勻的金屬環(huán)上，A、B、C、D四點把其周長四等分。當(dāng)A、C點接入電路中時，圓環(huán)消耗的電功率為P；當(dāng)A、D點接入電路中時，圓環(huán)消耗的電功率為（電源內(nèi)阻不計）（）A.4P3 C.P D.3P要點二純電阻電路中的電熱和熱功率【探究】使用電水壺?zé)畷r，壺內(nèi)的水會很快被加熱到沸騰，產(chǎn)生大量的熱，而連接電水壺的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因呢？【歸納】1.電流通過電熱水器時電流所做的功全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，即Q＝W＝UIt＝I2Rt。2.電流通過電熱水器時電流的電功率就是電流的發(fā)熱功率，即P熱＝Wt＝Qt＝I2【典例2】兩根由同種材料制成的均勻電阻絲A、B串聯(lián)在電路中，A的長度為l，直徑為d；B的長度為2L，直徑為2d，那么通電后在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為（）A.QA∶QB＝1∶1 B.QA∶QB＝2∶1C.QA∶QB＝1∶2 D.QA∶QB＝4∶1嘗試解答1.取兩根完全相同的電阻絲，第一次將兩電阻絲串聯(lián)，第二次將兩電阻絲并聯(lián)，兩次在電阻絲兩端加相同的電壓。若兩次兩電阻絲產(chǎn)生的熱量均為Q，第一次用時t串，第二次用時t并，則先后兩次所用時間之比為（）A.1∶1 B.2∶1C.4∶1 D.1∶42.為使電熱器在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量減少一半，下列措施可行的是（）A.R不變，使通過電熱絲的I減小一半B.U不變，使電熱絲的R增大一倍C.R不變，使電熱絲兩端的U減小一半D.U不變，使電熱絲的R增大為原來的2倍要點三非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化1.純電阻電路與非純電阻電路的比較比較項目純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件，如電阻、電爐絲、白熾燈電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的用電器，如電動機(jī)、電解槽歐姆定律適用，I＝U不適用，I＜U能量轉(zhuǎn)化電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能：W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他比較項目純電阻電路非純電阻電路功率特點電功率等于熱功率：P電＝P熱＝UI＝I2R＝U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2.電動機(jī)的簡易模型及其功率、效率（1）電動機(jī)的總功率（輸入功率）：P總＝UI。（2）電動機(jī)的發(fā)熱功率：P熱＝I2R。（3）電動機(jī)的輸出功率（機(jī)械功率）：P機(jī)＝P總－P熱＝UI－I2R。（4）電動機(jī)的效率：η＝P機(jī)P總【典例3】（多選）新能源電動汽車是當(dāng)代生活中重要的交通工具。某品牌新能源觀光電動車的動力電源上的銘牌上標(biāo)有“120V250Ah”字樣。假設(shè)工作時電源的輸出電壓恒為120V，額定輸出功率為3kW。根據(jù)上述有關(guān)數(shù)據(jù)，下列說法正確的是（）A.觀光電動車保持額定功率行駛的最長時間是10hB.額定工作電流為25AC.動力電源充滿電后儲存的電能為1.08×108JD.電動機(jī)的內(nèi)阻為4.8Ω嘗試解答1.如圖所示是某品牌的抽油煙機(jī)，其主要部件是抽氣扇（電動機(jī)）和照明燈，它們可以獨立工作，互不影響。抽氣扇有“強吸”和“弱吸”兩個擋位，功率不同。下列電路可能為該抽油煙機(jī)內(nèi)部電路的是（）2.一臺直流電動機(jī)的額定電壓為100V，正常工作時電流為10A，線圈內(nèi)阻為0.5Ω，若該電動機(jī)正常工作10s，則（）A.該電動機(jī)線圈上產(chǎn)生的熱量為1×104JB.該電動機(jī)線圈上產(chǎn)生的熱量為2×105JC.該電動機(jī)輸出的機(jī)械功為1×104JD.該電動機(jī)輸出的機(jī)械功為9.5×103J1.電功率的表達(dá)式有三個，P＝UI、P＝I2R、P＝U2R，對這三個表達(dá)式的認(rèn)識正確的是（A.P＝UI適合于純電阻電路電功率的計算，對于非純電阻電路不適用B.P＝I2R適合于一切電路的熱功率的計算C.P＝U2D.三個公式各自的適用條件與電路的連接方式有關(guān)2.LED燈正在逐步取代用于道路照明的高壓鈉燈。已知每盞高壓鈉燈的功率為400W，同亮度LED燈的功率為100W，若某城市要將5000盞高壓鈉燈更換為LED燈，則一個月可節(jié)約的電能約為（）A.5×107kW·h B.5×106kW·hC.5×105kW·h D.5×103kW·h3.如圖所示，某型號無人機(jī)的飛行器由四個多旋翼電機(jī)并聯(lián)組成，設(shè)每個電機(jī)內(nèi)阻均為r，正常工作時工作電流為I，電壓為U，以下關(guān)于飛行器的輸出功率正確的是（）A.4UI B.4UC.4I2r D.4UI－4I2r4.在現(xiàn)代生活中，充電寶是手機(jī)一族出行的必備品。當(dāng)充電寶電量不足時，需要給充電寶充電，此時充電寶相當(dāng)于可充電的電池，充電過程可簡化為如圖所示的電路。先給一充電寶充電，充電電壓為5V，充電電流為1000mA，充電寶的內(nèi)阻為0.2Ω。試求：（1）充電寶的輸入功率；（2）充電寶內(nèi)阻消耗的熱功率。1.電路中的能量轉(zhuǎn)化【基礎(chǔ)知識·準(zhǔn)落實】知識點一1.（1）乘積（2）UIt（3）焦耳J2.（2）UI乘積（3）瓦特W知識點二1.正比電阻正比2.I2Rt3.（1）發(fā)熱（2）I2R知識點三1.機(jī)械能3.化學(xué)情景思辨（1）√（2）√（3）×（4）×【核心要點·快突破】要點一知識精研【探究】提示：因為節(jié)能燈的功率遠(yuǎn)小于電磁爐的功率，故在相同時間內(nèi)節(jié)能燈消耗的電能要遠(yuǎn)小于電磁爐消耗的電能?！镜淅?】A題圖甲中兩個小燈泡串聯(lián)，因此流過兩個小燈泡的電流相同，由P＝I2R可知，阻值大的小燈泡亮；題圖乙中兩個小燈泡為并聯(lián)的關(guān)系，由P＝U2R可知，阻值大的小燈泡暗，故A正確，B、C、素養(yǎng)訓(xùn)練1.DB、C兩個燈泡并聯(lián)，UB＝UC，B、C兩個燈泡消耗的實際功率相同，由P＝U2R得RB＝RC，IA＝2IB＝2IC，由P＝I2R得RA∶RB∶RC＝1∶4∶4，故選2.A設(shè)電源的電壓為U，金屬環(huán)每一等份的電阻為R，則當(dāng)A、C點接入電路中時，總電阻R1＝R，當(dāng)A、D點接入電路中時，總電阻R2＝R×3RR+3R＝3R4，由功率公式P＝U2R得P2∶P1＝R1∶R2＝4∶3，又P1＝P，要點二知識精研【探究】提示：導(dǎo)線與電水壺為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，通電時兩者電流相等，但導(dǎo)線上的電阻非常小，根據(jù)Q＝I2Rt可知，導(dǎo)線上的電熱遠(yuǎn)小于電水壺的電熱?！镜淅?】BA、B電阻絲直徑之比為1∶2，則橫截面積之比為1∶4，又長度之比為l∶2l＝1∶2，根據(jù)電阻定律R＝ρlS知電阻之比為2∶1，電流相等，根據(jù)Q＝I2Rt可知熱量之比為QA∶QB＝2∶1，故選B素養(yǎng)訓(xùn)練1.C設(shè)每個電阻絲的電阻為R，則R串＝2R，R并＝R2，由Q＝U2R總t得t串∶t并＝4∶2.B電熱器是純電阻用電器，電功率可表示為P＝UI＝U2R＝I2R，故R一定時，電壓U減半或電流I減半，P將變?yōu)樵瓉淼?4，A、C錯誤；當(dāng)U不變，R增大一倍時，P將變?yōu)樵瓉淼?2，B正確；當(dāng)U不變，R增大到原來的2倍時，P將變?yōu)樵瓉淼囊c三知識精研【典例3】ABC觀光電動車保持額定功率行駛的最長時間t＝WP＝120×2503000h＝10h，故A正確；觀光電動車保持額定功率行駛時的總電流I＝PU＝25A，故B正確；動力電源充滿電后儲存的電能E＝QU＝250×3600×120J＝1.08×108J，故C正確；電動機(jī)是非純電阻用電器，電動機(jī)輸出功率未知，素養(yǎng)訓(xùn)練1.A因為照明燈與抽氣扇可以獨立工作，互不影響，所以照明燈與抽氣扇應(yīng)該并聯(lián)，且各自的支路各有一個開關(guān)控制，故B不可能；C、D選項的電路，抽氣扇只有一種工作狀態(tài)，無法實現(xiàn)抽氣扇有“強吸”和“弱吸”兩個擋位，不可能；A選項的電路，可以利用開關(guān)S2，改變抽氣扇的工作狀態(tài)，使抽氣扇有“強吸”和“弱吸”兩個擋位，且照明燈與抽氣扇可以獨立工作，互不影響，可能。2.D電動機(jī)正常工作時產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt＝102×0.5×10J＝500J，故A、B錯誤；電動機(jī)輸出的機(jī)械功W機(jī)＝W電－Q＝UIt－Q＝（100×10×10－500）J＝9500J，故C錯誤，D正確。【教學(xué)效果·勤檢測】1.B電路可分為純電阻電路和非純電阻電路，P＝UI對兩種電路都適用，A錯誤；P＝I2R適用于任何電路的熱功率的計算，B正確；P＝U2R只適用于純電阻電路的電功率和熱功率的計算，C錯誤；P＝UI、P＝I2R、P＝U2R2.C一盞高壓鈉燈換成LED燈時，節(jié)約的功率ΔP＝P鈉－PLED＝400W－100W＝300W＝0.3kW，路燈一天的工作時間約為12小時，故該城市一個月可節(jié)約的電