1.電路中的能量轉(zhuǎn)化第十二章內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習課堂篇探究學習學習目標1.通過實例分析,理解電能向其他形式的能轉(zhuǎn)化是通過電流做功來實現(xiàn)的,加深對功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認識。(物理觀念)2.通過推導電功公式與焦耳定律,理解電功、電功率和焦耳定律,能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象。(科學思維)3.從能量的轉(zhuǎn)化和守恒的角度分析非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化,理解電功與電熱的區(qū)別與聯(lián)系。(物理觀念)4.聯(lián)系生活中的電風扇、空調(diào)、電動機等電器設(shè)備,體會能量轉(zhuǎn)化與守恒思想,增強理論聯(lián)系實際的意識。(科學態(tài)度與責任)思維導圖課前篇自主預(yù)習【必備知識】一、電功和電功率1.電流做功的實質(zhì)導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。電流做功把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。2.電功(1)定義: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三者的乘積。(2)公式:W=Uq=Uit。(3)單位:焦耳

,符號

J。3.電功率(1)物理意義:表示電流做功快慢的物理量。(2)定義: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。(3)公式:=UI。(4)單位:瓦特,符號:W。二、焦耳定律1.焦耳定律(1)內(nèi)容:電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻及通電時間成正比。(2)表達式:Q=I2Rt。2.電熱功率(1)定義:電流在單位時間內(nèi)的發(fā)熱量通常稱為電熱功率。(2)表達式:P熱=I2R。三、電路中的能量轉(zhuǎn)化想一想我們在生活中會經(jīng)常觀察到這樣的現(xiàn)象:玩具車、電風扇、電動機等正常工作時會平穩(wěn)運行很長時間,然而一旦被卡住就會大量發(fā)熱,甚至可能燒毀。試分析這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。提示這些用電器工作時電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,一旦被卡住,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,釋放大量的熱量。以電動機為例,設(shè)電動機消耗的功率為P電,電動機對外做功,輸出的功率為P機,另外,電動機工作時自身也有能量損失,對應(yīng)的功率為P損,它們之間滿足P電=P機+P損。設(shè)電動機兩端的電壓為U,通過電動機線圈的電流為I,電動機線圈的電阻為R,P電=UI,P損=P熱=I2R,P機=UI-I2R?！咀晕覚z測】1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯誤的小題說明原因。(1)電功與電能的單位都是焦耳,電功就是電能。(

)答案×解析電功是過程量,電能是狀態(tài)量,兩者只是單位相同,有本質(zhì)的區(qū)別,電能的變化要依靠電流做功來實現(xiàn),電流做功的過程就是電能向其他形式的能量轉(zhuǎn)化的過程。(2)電功率越大,電流做功越快,電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多。(

)答案×解析電功率公式為P=UI,功率越大,表示電流做功越快。但是電流做功的快慢只表示電能轉(zhuǎn)化的快慢,轉(zhuǎn)變成什么能與用電器有關(guān),轉(zhuǎn)化的多少與時間有關(guān)。(3)電流做功的過程就是電能向其他形式的能量轉(zhuǎn)化的過程。(

)答案√(4)電功率越大,表示電流做功越多。(

)答案×解析電功率表示電流做功的快慢,電功率大,表示電流做功快,但做功不一定多。(5)W=UIt適用于任何電路求電功。(

)答案√(6)Q=I2Rt適用于任何電路求熱量。(

)答案√2.R1和R2分別標有“2Ω

1.0A”和“4Ω

0.5A”,將它們串聯(lián)后接入電路中,如圖所示,則此電路中允許消耗的最大功率為(

)A.1.5W B.3.0W C.5.0W D.6.0W答案A解析把R1和R2串聯(lián)后,由于R2的最大電流較小,故串聯(lián)后的最大電流為0.5A,串聯(lián)后的總電阻為6Ω,所以電路的最大功率為P=I2R=0.52×6W=1.5W,A正確。3.(多選)一只電爐的電阻絲電阻和一臺電動機線圈電阻相同,都為R,設(shè)通過的電流相同,則(在相同時間內(nèi))下列說法正確的是(

)A.電爐和電動機產(chǎn)生的電熱相等B.電動機消耗功率大于電爐消耗功率C.電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓D.電爐和電動機兩端電壓相等答案ABC解析因為電熱Q=I2Rt,所以當電流I、電阻R都相等時,在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱也相等;電爐兩端的電壓U=IR,但電動機兩端的電壓除了發(fā)熱還要工作,即U=IR+U',所以電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓,由P=UI可知電動機消耗功率大于電爐消耗功率。課堂篇探究學習探究一對電功的理解及串、并聯(lián)電路中的電功率【情境導引】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,而連接電爐的導線卻不怎么熱,這是什么原因?要點提示通電導線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的,通過它們的電流相等,而電爐絲的電阻比連接電爐絲的導線的電阻要大得多。由焦耳定律Q=I2Rt知在相等的時間內(nèi)導線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多?！局R歸納】1.對電功的理解(1)從力的角度看,電流做功的實質(zhì)是靜電力對自由電荷做功。(2)從能的角度看,電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程,電功的大小量度了電能的減少量,標志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少。(3)電功W=UIt=qU對任何電路都適用。2.串、并聯(lián)電路中的電功率

項目串聯(lián)電路并聯(lián)電路特點電流相同I1=I2電壓相同U1=U2電功率計算公式P=I2R功率關(guān)系總功率P=P1+P2+…+PnP=P1+P2+…+Pn要點筆記(1)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題,比例法求解會使問題簡化,但一定要確定是正比關(guān)系還是反比關(guān)系。(2)當分析用電器的功率問題時,一定要注意用電器的安全,不要超過用電器的額定電壓、額定電流?！镜淅痉丁坷?一根電阻絲,通過2C的電荷量所消耗的電能是8J。若在相同的時間內(nèi)通過4C的電荷量,該電阻絲上所加電壓和消耗的電能分別是(

)A.4V,16J B.8V,16JC.4V,32J D.8V,32J答案D解析設(shè)電阻絲電阻為R,開始所加電壓為U1,則W1=q1U1,故U1=4V。設(shè)后來所加電壓為U2,消耗的電能為W2,則W2=q2U2=4×8J=32J。變式訓練1有額定電壓都是110V,額定功率PA=100W、PB=40W的電燈兩盞,接在電壓是220V的電路上,使兩盞電燈均能正常發(fā)光且電路中消耗功率最小的電路是(

)答案C解析對燈泡有,可知RA<RB,對于A電路,由于RA<RB,所以UB>UA,則有UB>110V,B燈被燒毀,A錯誤;對于B電路,由于RB>RA,A燈又并聯(lián)變阻器,并聯(lián)電阻更小于RB,所以UB>U并,B燈被燒毀,B錯誤;對于C電路,B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110V,兩燈可以正常發(fā)光;對于D電路,若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻,則UA=UB=110V,兩燈可以正常發(fā)光;比較C、D兩個電路,由于C電路中變阻器功率為(IA-IB)×110V,而D電路中變阻器功率為(IA+IB)×110V,所以C電路消耗電功率最小。探究二焦耳定律【情境導引】電吹風工作時,將電能轉(zhuǎn)化為什么能?電風扇工作時,將電能轉(zhuǎn)化為什么能?電熨斗工作時,將電能轉(zhuǎn)化為什么能?要點提示電吹風和電風扇工作時,將電能一部分轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,另一部分轉(zhuǎn)化成機械能;電熨斗工作時,將電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能?！局R歸納】1.純電阻電路和非純電阻電路的比較比較對象純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件,只能把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能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歐姆定律是否適用歐姆定律適用,歐姆定律不適用,U>IR或能量轉(zhuǎn)化電流做功,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功,電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動機、電解槽等2.電功與電熱的比較

比較對象電功電熱電功與電熱的實質(zhì)電功實質(zhì)是靜電力移動電荷做的功,W=qU=UIt電熱實質(zhì)是電流由于熱效應(yīng),通過導體時發(fā)的熱,Q=I2Rt比較對象電功電熱電功與電熱的聯(lián)系與區(qū)別純電阻電路

電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能:W=Q=UIt=I2Rt=t非純電阻電路

電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量:電功W=UIt;電熱Q=I2Rt。W=Q

+W其他要點筆記不管是純電阻電路還是非純電阻電路,計算電功時都可以用W=UIt,計算電功率都可以用P=UI,計算熱量都可以用Q=I2Rt,計算熱功率都可以用P=I2R。當用變形式時,就要考慮是不是純電阻電路?！镜淅痉丁坷?規(guī)格為“220V

36W”的排氣扇,線圈電阻為40Ω,求:(1)接上220V的電壓后,排氣扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱的功率。(2)如果接上220V的電源后,扇葉被卡住,不能轉(zhuǎn)動,求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率。答案(1)35W

1W

(2)1210W

1210W解析(1)排氣扇在220V的電壓下正常工作時的電流為發(fā)熱功率為P熱=I2R=(0.16)2×40W=1W。轉(zhuǎn)化為機械能的功率為P機=P-P熱=36W-1W=35W。(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動后,電動機成為純電阻用電器,電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱能,此時電動機中電流為電動機消耗的功率等于熱功率:P電'=P熱'=UI'=220×5.5W=1210W。規(guī)律方法電動機電路的分析與計算(1)當電動機正常工作時,要注意分清電功和電熱的關(guān)系,電動機消耗的電能也就是電流做的功W=UIt,電動機產(chǎn)生的內(nèi)能必須用Q=I2Rt來求。另外,還要注意能量守恒定律的應(yīng)用,即W=Q+E(E為其他形式的能)或P電=P機+P熱,其中P電=UI,P熱=I2R,P機為機械功率。(2)當電動機被卡住時,非純電阻電路轉(zhuǎn)變?yōu)榧冸娮桦娐?電動機消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電動機產(chǎn)生的內(nèi)能,W=Q,即UIt=I2Rt。變式訓練2如圖所示,有一內(nèi)阻為4.4Ω的電解槽和一盞標有“110V

60W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220V的直流電路兩端,燈泡正常發(fā)光,則(

)A.電解槽消耗的電功率為120WB.電解槽的發(fā)熱功率為60WC.電解槽消耗的電功率為60WD.電路消耗的總功率為60W答案C

隨堂訓練1.(多選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法正確的是(

)A.電功率越大,電流做功越快,電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B.W=IUt適用于任何電路,而

只適用于純電阻電路C.在非純電阻電路中,IU>I2RD.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路答案BCD2.(多選)日常生活用的電吹風中有電動機和電熱絲,電動機帶動風葉轉(zhuǎn)動,電熱絲給空氣加熱,得到的熱風可將頭發(fā)吹干。設(shè)電動機線圈的電阻為R1,它與電熱絲的電阻R2相串聯(lián),接到直流電源上,電吹風機兩端電壓為U,通過的電流為I,消耗的電功率為P,則以下選項正確的是(

)A.IU>P B.IU=PC.P>I2(R1+R2) D.P=I2(R1+R