「精品」高中物理第二章直流电路第6节焦耳定律电路中的能量转化教学案教科版选修3_1
2020-2021学年高中物理 第二章 直流电路 6 焦耳定律 电路中的能量转化学案 教科版选修
焦耳定律电路中的能量转化必备知识·自主学习一、探究决定导体电阻的因素比较项目电功电功率电流所做的功与做这些功所用概念电场力移动电荷所做的功时间的比值公式W=IUt P==IU单位焦耳,符号是J瓦特,简称瓦,符号是W 物理意义描述电能转化为其他形式的能的多少描述电流做功的快慢二、焦耳定律热功率为什么电视机、电风扇通电时间长了会发热?提示:由于电视机,电风扇存在电阻,电流通过时,电能转化为内能而发热。
1.焦耳定律:(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟电阻值成正比,跟通电时间成正比。
(2)表达式:Q=I2Rt。
2.焦耳热和热功率:(1)焦耳热:电流通过电阻产生的热量。
(2)热功率: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,它在数值上等于单位时间内电阻通电所产生的热量。
②公式: P热==I2R。
③物理意义:表示电流发热快慢的物理量。
三、电路中的能量转化闭合开关,物体上升,此过程中能量转化情况是怎样的?提示:闭合开关,物体上升过程中,电源的电能转化为物体的机械能和电动机的内能。
1.在电源内部,通过各种作用,其他形式的能转化为电能。
2.在外电路上,电场力做功,将电源输出的电能转化为其他形式的能。
(1)在纯电阻元件中,电流使电阻发热,电能全部转化为内能,电功率等于热功率,即P电=P热。
(2)在非纯电阻元件中,电能要分别转化为机械能、化学能等,还有一部分转化为电阻的内能,这时P电=P热+P其他,电功率大于热功率。
3.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:IE=IU+I2r。
4.当外电路电阻R为零(短路)时,路端电压U=0,这时电流称为短路电流I0,有I0E=r。
发生短路时,电源释放的能量全部在内电路中转化成内能。
关键能力·合作学习知识点一电功和电功率1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较:比较项目纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的元件欧姆服从欧姆定律, 不服从欧姆定律,定律I=U>IR或I<能量转化电流做功,电能全部转化为电热电流做功,电能除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等2.电功与电热的比较:(1)电功与电热。
教科版高中物理选修3-1《焦耳定律电路中的能量转化》名师教案
焦耳定律电路中的能量转化一、教学目标（一）知识与技能1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。
2．了解电功和电热的关系。
了解公式Q=Rt（P=R）、Q=t/R（P=/R）的适应条件。
3．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。
4．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。
5．理解闭合电路的功率表达式，知道闭合电路中能量的转化。
（二）过程与方法通过有关实例，让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。
（三）情感态度与价值观通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性。
二、重点与难点：重点：区别并掌握电功和电热的计算。
难点：主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。
三、设计思想焦耳定律也是初中学习过的内容，本节从电场力做功和能量转化这个更高的视角来理解焦耳定律，可用类比的方法说明：电场力对自由电荷做功时，电荷的电势能转化为动能，相当于物体在真空中自由下落，物体的重力势能转化为动能；而在电阻元件中电场力对电荷做功，电势能转化为内能，相当于物体在黏滞性较大的液体中匀速下落，重力势能转化为内能。
从能量转化和守恒的角度来理解闭合电路欧姆定律，可使学生对欧姆定律的认识更加深入。
为降低教学难度，教材只是通过对闭合电路欧姆定律表达式的变形，来说明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表现，而没有从能量守恒定律推导出闭合电路欧姆定律。
另外，对电功和电热的区别与联系，教材中介绍不够充分，应适当补充纯电阻电路和非纯电阻电路的概念。
四、教学资源《焦耳定律电路中的能量转化》多媒体课件五、教学设计【课堂引入】生活中我们应用中各式各样的用电器，例如我们用电熨斗烫衣服、热水壶烧水、用电风扇乘凉等，那么电热水器烧水是电能转化为那种形式的能? 电风扇乘凉又是电能转化为那种形式的能?能量转化过程中又有什么规律呢？带着这些问题，进入今天的学习。
【课堂学习】问题：在电场中自由释放一电荷，电场力对其做功，电势能转化为动能，在导线中也有大量自由电荷，在导线两端加上电压，同时会沿导线建立起电场，电场力也会对自由电荷做功，驱使它们定向移动，在这过程中能量是如何转化的呢？学习活动一：复习电功和电功率概念。
高中物理第2章6焦耳定律电路中的能量转化教案教科版选修3_1
6 焦耳定律 电路中的能量转化[学习目标] 1.掌握电功、电功率、电热、电热功率等基本概念．(重点) 2.理解焦耳定律，并能进行有关计算．(重点) 3.理解电功和电热的关系，能从能量转化和守恒的角度区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热．(难点) 4.知道电源的总功率、电路的输出功率、电源内阻消耗功率的概念并明确它们之间的关系．(重点、难点)一、电功 电功率 1．电功(1)定义：电场力移动电荷所做的功．(2)大小：等于这段电路两端的电压U 与电路中的电流I 和通电时间t 三者的乘积． (3)公式：W ＝UIt ．(4)国际单位：焦耳，符号J.(5)意义：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． (2)公式：P ＝W t＝UI .(3)国际单位：瓦特．符号：W.(4)大小：一段电路上的电功率P 等于这段电路两端的电压和电路中电流I 的乘积． (5)意义：表示电流做功的快慢． 二、焦耳定律 热功率 1．焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比．(2)公式：Q ＝I 2Rt ． 2．焦耳热电流通过电阻而产生的热量． 3．热功率(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．(2)公式：P 热＝Q t＝I 2R ． 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． 三、电路中的能量转化 1．电源内部的能量转化在电源内部，通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能． 2．电路中的能量转化 (1)纯电阻电路中：P 电＝P 热．(2)在非纯电阻电路中：P 电＝P 热＋P 其它． 3．闭合电路的功率分析(1)公式表达：由闭合电路欧姆定律可得IE ＝IU ＋I 2r ．(2)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I 2r 之和．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电流做功越多，电功率越大．( ) (2)电流做功的过程实质上是静电力做功的过程． ( ) (3)焦耳定律的表达式为Q ＝I 2Rt ，此式适用于任何电路．( )(4)三个公式P ＝UI 、P ＝I 2R 、P ＝U 2R没有任何区别，它们表达相同的意义，所有P 都是电功率．( ) (5)电源的输出功率随外电阻R 的增大而增大． ( )[答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)×2．(多选)关于功率的三个公式P ＝UI ，P ＝I 2R ，P ＝U 2R的适用范围，以下说法正确的是( )A ．第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率B ．在纯电阻电路中，三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率C ．在非纯电阻电路中，第一个公式可用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义D ．由U ＝IR 可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P 既是电功率，也是热功率BC [在纯电阻电路电功率等于热功率，即P ＝UI ＝I 2R ＝U 2R；在非纯电阻电路中电功率大于热功率，即P 电＝UI ＞P 热＝I 2R ，而P ＝U 2R无实际意义，故B 、C 正确，A 、D 错误．]3．(多选)如图，a 表示某电源路端电压随电流变化的图线，b 表示外电阻两端电压随电流变化的图线，下列判断正确的是( )A ．阴影部分的面积表示电源内阻上消耗的功率B ．阴影部分的面积表示电源的输出功率C ．当α＝β时，电源的输出功率最大D ．当α＝β时，电源的效率最高BC [阴影部分的面积表示外电阻消耗的功率或电源的输出功率，A 错误，B 正确；当α＝β时说明外电阻的阻值R 与电源内阻r 相等，此时电源的输出功率最大，此时效率为η＝RR ＋r＝50%，故C 正确，D 错误．]功率关系⎩⎪⎨⎪⎧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总功率P 总＝UI ＝（U 1＋U 2＋…＋U n）I ＝ P 1＋P 2＋…＋Pn2．并联电路功率关系⎩⎪⎨⎪⎧各支路电压相同，根据P ＝U 2R，各支路电阻上的电阻功率与电阻成反比总功率P 总＝UI ＝U （I 1＋I 2＋…＋I n）＝ P 1＋P 2＋…＋Pn3．结论：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和． 【例1】 现有标有“110 V 40 W ”的灯泡L 1和标有“110 V 100 W ”的灯泡L 2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R ，将它们接在220 V 的电路中，在如图所示的几种接法中，最合理的是( )A BC D思路点拨：①在该电路中，既要保证两灯泡都正常发光，又要保证消耗的功率最小． ②运用排除法，先判断哪些电路不能正常发光，在正常发光情况下，抓住整个电路消耗的功率等于各个用电器消耗的功率之和求出总功率，寻找功率最小的电路．C [L 1(110 V 40 W)和L 2(110 V 100 W)的额定电压相同，由P ＝U 2R可知R 1＞R 2，由串、并联电路电流、电压特点可知A 、D 中L 1、L 2一定不会同时正常发光；虽然B 、C 都能使L 1、L 2同时正常发光，但B 中P 总＝2(P 1＋P 2)，C 中P 总＝2P 2，故选项C 正确．](1)额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率，也是用电器两端电压为额定电压(或通过的电流为额定电流)时消耗的电功率．用电器铭牌上所标的功率即为额定功率．(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率．为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率．训练角度1 对电功和电功率的理解1．(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B ．W ＝IUt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路C ．在非纯电阻电路中，IU ＞I 2R D ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路BCD [电功率公式P ＝W t，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 都有关．所以，P 越大，Q 不一定越大，A 不对．W＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路．而I ＝UR只适用于纯电阻电路，B 对．在不是纯电阻的电路中，电流做的功等于焦耳热与其他形式的能之和，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 对．Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 对．]训练角度2 串、并联电路中功率的计算2．R 1和R 2分别标有“2 Ω，1.0 A ”和“4 Ω，0.5 A ”，将它们串联后接入电路中，如图所示，则此电路中允许消耗的最大功率为( )A ．1.5 WB ．3.0 WC ．5.0 WD ．6.0 WA [把R 1和R 2串联后，由于R 2的最大电流较小，所以串联后的最大电流为0.5 A ，串联后的总电阻为6 Ω，所以电路的最大功率为P ＝I 2R ＝0.52×6 W ＝1.5 W ，所以A 正确．]1电动机的功率：电动机的总功率(输入功率)：P 总＝UI . 电动机的热功率：P 热＝I 2r .电动机的输出功率(机械功率)：P 出＝UI －I 2r . 电动机的效率：η＝P 出P 总×100%＝UI －I 2r UI ×100%＝⎝⎛⎭⎪⎫1－Ir U ×100%.【例2】 规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接上220 V 电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．思路点拨：①发热功率为P 热＝I 2R . ②转化为机械能的功率为：P 机＝P 电－P 热． ③电动机不转动时，可视为纯电阻．[解析] (1)排气扇在220 V 电压下正常工作，电流I ＝P U ＝36220A ＝0.16 A发热功率P 热＝I 2R ＝0.162×40 W ＝1 W转化为机械能的功率P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35W .(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时的电流I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A.电动机消耗的功率等于发热功率P ′＝P 热＝I ′U ＝5.5×220 W ＝1 210 W 由于发热量很大，将很快烧坏电动机线圈． [答案] (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W解答有关电动机问题时注意(1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，P ＝UI ＝I 2R ＝U 2R均成立．(2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路P 电＝UI ＞P 热＝I 2R ，U ≠IR 而有U ＞IR .(3)输入功率指电动机消耗的总功率．热功率是线圈电阻的发热功率．输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率．三者的关系：UI ＝I 2R ＋P 机．训练角度1 焦耳定律的应用1．通过电阻R 的电流为I 时，在时间t 内产生的热量为Q ；若电阻为2R ，电流为I2时，则在时间t 内产生的热量为( )A ．4QB ．2QC ．Q 2D ．Q4C [Q ＝I 2Rt ，Q ′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫I 22·2Rt ＝12I 2Rt ＝Q 2，C 项正确．]训练角度2 非纯电阻电路的分析及相关计算2.在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路，当调节滑动变阻器R 使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A 和2.0 V ．重新调节R 使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A 和24.0 V ．则这台电动机正常运转时输出功率为( )A ．32 WB ．44 WC ．47 WD ．18 WA [当电动机停止转动时，由题得电动机的电阻：R ＝U I ＝20.5Ω＝4 Ω；当电动机正常转动时，电动机的总功率：P ＝U 1I 1＝24 V ×2 A ＝48 W ，电动机的发热功率：P R ＝I 21R ＝(2 A)2×4 Ω＝16 W ；电动机正常运转时的输出功率是：P 输出＝P －P R ＝48 W －16 W ＝32 W ．故选A.]1(1)电源的总功率：P 总＝IE . (2)电源的输出功率：P 出＝IU . (3)电源内部的发热功率：P 内＝I 2r . (4)三者关系：P 总＝P 出＋P 内．2．纯电阻电路中输出功率与外电阻的关系P 出＝I 2R ＝E 2（R ＋r ）2R ＝E 2R（R －r ）2＋4Rr＝E 2（R －r ）2R＋4r . (1)当R ＝r 时，电源有最大输出功率P 出max ＝E 24r.(2)输出功率P 出与外电阻R 的图像分析．①当R ＝r 时，输出功率最大，P 出max ＝E 24r.②当R <r 时，若R 增大，P 出增大，当R >r 时，若R 增大，则P 出减小．③除R ＝r 外，图像上总有两点输出功率P 出相等，如图中R 1与R 2，则有：⎝ ⎛⎭⎪⎫E R 1＋r 2×R 1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R 2＋r 2×R 2 整理得：R 1R 2＝r 2. 3．电源的效率 η＝P 外P ＝IU 外IE ＝U 外E ＝IR I （R ＋r ）＝R R ＋r ＝11＋rR，可见，外电阻R 越大，电源的效率越高，当电源有最大输出功率时，η＝50%，此时电源的效率并不最高．【例3】 如图所示，已知电源电动势为6 V ，内阻为1 Ω，保护电阻R 0＝0.5 Ω，求：当电阻箱R 读数为多少时，保护电阻R 0消耗的电功率最大，并求这个最大值．思路点拨：R 0为定值电阻，其功率P 0＝I 2R 0，欲使P 0最大，需使I 最大．[解析] 保护电阻消耗的功率为P 0＝E 2R 0（r ＋R ＋R 0）2，因R 0和r 是常量，而R 是变量，所以R 最小时，P 0最大，即R ＝0时，P 0max ＝E 2R 0（r ＋R 0）2＝62×0.5（1＋0.5）2 W ＝8 W.[答案] 8 W1．例题中条件不变，求当电阻箱R 读数为多少时，电阻箱R 消耗的功率P R 最大，并求这个最大值．[解析] 这时要把保护电阻R 0与电源内阻r 算在一起，据以上结论，当R ＝R 0＋r 即R ＝(1＋0.5)Ω＝1.5 Ω时，P R max ＝E 24（r ＋R 0）＝624×1.5W ＝6 W.[答案] 1.5 Ω 6 W2．在例题中，若电阻箱R 的最大值为3 Ω，R 0＝5 Ω，求：当电阻箱R 读数为多少时，电阻箱R 的功率最大，并求这个最大值．[解析] 把R 0＝5 Ω当作电源内阻的一部分，则等效电源内阻r 等为6 Ω，而电阻箱R的最大值为3 Ω，小于6 Ω，P ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R ＋r 等2R ＝E 2（R －r 等）2R＋4r 等，则不能满足R ＝r 等，当电阻箱R 的电阻取3 Ω时，R 消耗功率最大，最大值为P ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R ＋r 等2R ＝43 W.[答案] 3 Ω 43W3．例题中条件不变，求电源的最大输出功率．[解析] 由电功率公式P 出＝⎝ ⎛⎭⎪⎫E R 外＋r 2R 外＝E 2（R 外－r ）2R 外＋4r，当R 外＝r 时，P 出最大，即R＝r －R 0＝0.5 Ω时，P 出max ＝E 24r ＝624×1W ＝9 W.[答案] 9 W在串联的纯电阻电路中(1)当变阻器阻值为零时，定值电阻的功率最大．(2)在可变电阻阻值等于等效电源内阻时，可变电阻功率最大，若二者不可能相等，则是在二者最接近时，可变电阻的功率最大．路1．电功率的计算公式P ＝U 2R中，U 是加在用电器上的电压，R 是用电器的电阻，此式可用于 ( )A ．计算电冰箱的功率B ．计算电风扇的功率C ．计算电烙铁的功率D ．计算洗衣机的功率C [公式P ＝U 2R是根据功率公式和欧姆定律推导出来的，只能用在纯电阻电路中，故C 正确，A 、B 、D 错误．]2．(多选)如图所示电路，灯L 1标有“24 V 16 W”，灯L 2标有“12 V 16 W”，两灯串联后接在电压为U 的电路中，要保证两灯不损坏，则 ( )A ．两灯实际功率之比为4∶1B ．电压U 的最大值为30 VC ．灯L 1两端电压与总电压U 之比为2∶3D ．U ＝36 V 时，灯L 1、L 2均正常发光AB [I L1＝P U 1＝1624 A ＝23A ，R L1＝U 21P ＝24×2416 Ω＝36 ΩI L2＝P U 2＝1612 A ＝43 A ，R L2＝U 22P ＝12×1216Ω＝9 Ω由串联电路特点可知P L1∶P L2＝R L1∶R L2＝4∶1，A 项正确；U m ＝U L1＋U ′L2＝24 V ＋23×9 V＝30 V ，B 项正确；U L1∶U ＝R L1∶(R L1＋R L2)＝4∶5，故C 项错误；当U ＝36 V 时U L1＝45U ＝28.8V ＞24 V ，L 1灯已烧坏，D 项错误．]3．(多选)如图所示，直线A 、B 分别为电源a 、b 的路端电压与电流的关系图像，设两个电源的内阻分别为r a 和r b ，若将一定值电阻R 0分别接到a 、b 两电源上，通过R 0的电流分别为I a 和I b ，则( )A ．r a ＞r bB ．I a ＞I bC ．R 0接到a 电源上，电源的效率较低D ．R 0接到b 电源上，电源的效率也较低ABC [路端电压与电流的关系图像中，由U ＝E －Ir 可知图像与纵坐标的交点为电源电动势，图线的斜率的绝对值表示电源内阻，由此可知A 的电动势较大，内阻也较大，选项A 正确；如果画出电阻R 0的路端电压和电流的关系图像，与A 的U I 图交点对应的电流较大，由此可知I a ＞I b ，选项B 正确；由效率公式η＝UI EI ＝R R ＋r ＝11＋rR，可知内电阻越大电源效率越低，由此可知A 的效率较低，选项C 正确，选项D 错误；故选A 、B 、C.]4．如图是家用电饭煲的电路图．将电饭煲接到稳压电源上，当开关接通“加热”挡时，电热丝以额定功率给食物加热，当食物蒸熟后，开关接通“保温”挡，给食物保温，这时电热丝的功率为其额定功率的19，电流为1.40 A ，已知分压电阻的阻值是R ＝100 Ω.求：(1)保温时，电阻R 两端的电压； (2)稳压电源输出的电压； (3)电热丝的额定功率． [解析] (1)电阻R 两端的电压为U R ＝IR ＝1.40×100 V ＝140 V.(2)设电热丝的电阻为r ，电源输出电压为U ，则⎝ ⎛⎭⎪⎫U R ＋r 2r ＝19·U 2r解得：r ＝50 Ω. 所以电源电压为U ＝I (R ＋r )＝1.40×(100＋50) V ＝210 V. (3)电热丝的额定功率为P ＝U 2r ＝210250W ＝882 W.[答案] (1)140 V (2)210 V (3)882 W- 11 -。
20172018学年高中物理第二章直流电路6焦耳定律电路中的能量转化学案教科版选修31
6．焦耳定律 电路中的能量转化学 习 目 标知 识 脉 络1.掌握电功、电功率、电热、电热功率等基本概念．(重点)2．理解焦耳定律，并能进行有关计算．(重点) 3．理解电功和电热的关系，能从能量转化和守恒的角度区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热．(难点)4．知道电源的总功率、电路的输出功率、电源内阻消耗功率的概念并明确它们之间的关系．(重点、难点)电 功 和 电 功 率[先填空] 1．电功(1)概念：电场力移动电荷所做的功． (2)公式：W ＝qU ＝UIt . (3)单位：焦耳，符号J. 2．电功率(1)物理意义：表示电流做功快慢的物理量． (2)定义：电流所做的功与做这些功所用时间的比值． (3)公式：P ＝W t＝IU . (4)单位：瓦特，符号W. [再判断]1．电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能．(√)2．电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用电器的电功率越大．(×) 3．电功率越大，电流做功一定越快．(√) [后思考]家庭用电用“度”做单位，度是电功的单位，还是电功率的单位？ 【提示】 度是电功的单位.1度＝1 kW·h＝×106J.[合作探讨]把一根大头针插在一小块硬纸片上，用浆糊把纸贴在台灯的灯泡上，使大头针的针尖朝上．然后用3张纸条做一小风车，把风车放在针尖上．打开台灯，过一会发现，风车转动起来．图261探讨1：这一过程，电流做功吗？ 【提示】 做功． 探讨2：风车为什么转动？【提示】 电流通过灯丝做功，把电能转化为内能．周边空气温度升高，形成对流，风车转动起来．[核心点击] 1．对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功．(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少．(3)电功W ＝UIt ＝qU 对任何电路都适用． 2．对电功率的理解(1)电功率P ＝Wt＝UI 对任何电路都适用． (2)额定功率和实际功率①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率． ②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率．一个电阻接入某电路后，消耗的功率为110 W ，通过3 C 的电荷量时，有330 J的电能转化为内能，则下列说法错误的是( ) 【导学号：】A ．电阻两端所加电压为330 VB ．通过电阻的电流为1 AC ．电阻通电时间为3 sD ．这个电阻的阻值为110 Ω【解析】 由W ＝qU 知，电阻两端所加电压U ＝W q ＝110 V ，A 错；由P ＝IU 得I ＝P U＝1 A ，B 对；由W ＝Pt 得通电时间t ＝W P ＝3 s 或t ＝q I ＝31 s ＝3 s ，C 对；由R ＝UI，得R ＝110 Ω，D 对．【答案】 A如图262所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8 V ，乙电路两端的电压为16 V ．调节变阻器R 1和R 2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P 1和P 2，两电路中消耗的总功率分别为P 甲和P 乙，则下列关系中正确的是( )图262A ．P 甲<P 乙B ．P 甲>P 乙C ．P 1>P 2D ．P 1＝P 2【解析】 由灯都正常发光可知，R 1中电流是R 2中电流二倍，R 1两端电压是R 2两端电压的二分之一，两变阻器消耗的功率相等，两电路中消耗的总功率相等，选项D 正确，A 、B 、C 错误．【答案】 D一台国产XQB3013型自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：额定电压 220 V 额定频率 50 Hz 额定洗衣、脱水功率 360 W 额定洗衣、脱水容量3 kg 整机质量 33 kg外形尺寸(长×宽×高)(542×550×920) mm 3(1) (2)如洗衣、脱水的累计时间为40 min ，则洗衣机耗电多少？ 【解析】 (1)由说明书可知P ＝360 W ，又由P ＝UI 可知I ＝P U ＝360220A ＝1.64 A. (2)W ＝Pt ＝360×40×60 J＝×105J 故消耗的电能为×105J.【答案】 (1)1.64 A (2)×105J几个电学公式的适用范围解答电流做功类的题目需掌握以下几个重要公式，并理清它们的意义及适用条件． (1)电功W ＝UIt ＝qU 普遍适用． (2)I ＝q t为电流的定义式，普遍适用．(3)I ＝U R ，P ＝I 2R ＝U 2R等，只适用于纯电阻电路．焦 耳 定 律 、 热 功 率[先填空] 1．焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比．(2)公式：Q ＝I 2Rt . (3)单位：J.(4)应用：工业上的电烙铁、电烤箱等；生活中的电暖气、电炉、电熨斗、电饭锅等． 2．热功率(1)概念：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值． (2)公式：P 热＝Qt＝I 2R . [再判断]1．根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的．(×)2．W ＝UIt 适用于任何电路求电功．(√) 3．Q ＝I 2Rt 适用于任何电路求热量．(√) [后思考]用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？【提示】 导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的部分导线电阻要大得多，由焦耳定律Q ＝I 2Rt 知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多．[合作探讨]如图263所示为一正常工作的电动机，其工作电压为220 V.图263探讨1：电动机消耗的电能全部转化为线圈产生的内能吗？【提示】一部分转化为内能．探讨2：其工作电压是线圈两端电压吗？【提示】不是．其工作电压大于线圈两端电压．[核心点击]1．两种电路的比较电路纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括其他的电器元件电流、电压、电阻三者的关系遵循欧姆定律I＝UR不遵循欧姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U＞IR或I＜UR 能量转化形式电流做功全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功W＝UIt＝Q＋W其他，其中电热Q＝I2Rt能量转化示意图电器元件举例电炉丝、白炽灯电动机、电解槽、电风扇(1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt；P电＝P热＝UI＝I2R＝U2R.(2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W>Q；电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，P>P热．规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：(1)接上220 V 电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．【解析】 (1)排气扇在220 V 电压下正常工作电流I ＝P U ＝36220A ＝0.16 A ，发热功率P 热＝I 2R ＝×40 W≈1 W，转化为机械能的功率P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时通过排气扇的电流I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A. 电动机消耗的功率等于发热功率P ′＝P 热＝I ′U ＝×220 W＝1 210 W ．由于发热量很大，将很快烧坏电动机线圈．【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t 串∶t 并为( )【导学号：】A ．1∶1B ．2∶1C ．4∶1D ．1∶4【解析】 设每根电热丝电阻为R ，则R 串＝2R ，R 并＝R2.由Q ＝W ＝U 2Rt 得 t 串∶t 并＝4∶1.【答案】 C下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路C ．在非纯电阻电路中，UI >I 2R D ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路【解析】 电功率公式为P ＝W t，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝(P U)2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 都有关．所以，P 越大，Q 不一定越大，A 错；W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而I ＝U R只适用于纯电阻电路，B 正确；在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 正确；Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 正确．【答案】 A电动机电路的分析方法(1)分清是纯电阻电路还是非纯电阻电路．电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转动时是纯电阻电路．(2)分清要求的是电功还是电热(或热功率)，对照公式的适用条件，合理选择公式． (3)电动机的输入功率即总功率P 入＝IU ，电动机的发热功率P 热＝I 2r ，电动机的输出功率P 出＝P 入－P 热．电 路 中 的 能 量 转 化[先填空]1．内电路中的能量转化(1)电源：通过各种作用，将其他形式的能转化为电能，转化功率P ＝IE . (2)内阻：通过电流做功将一部分电能转化为内阻的内能，即P 内＝I 2r .2．外电路上的能量转化：通过电流做功将电源输出的电能转化为其他形式的能，即P外＝UI .3．两者之间的关系：由能量守恒定律可知P ＝P 内＋P 外，即EI ＝I 2r ＋UI ，进一步化简可得E ＝U ＋Ir ，可见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表现．[再判断]1．电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能．(√)2．电动机是非纯电阻用电器，所以在任何情况下，都不能将电能全部转化为内能．(×) 3．在使用电源时，绝对不可以让电源短路，以免造成电源的损坏，甚至引起火灾．(√) [后思考]外电路的电阻越大，电源做功输出的效率就越高吗？ 【提示】 由于电源做功输出的效率：η＝P 出P ＝IU 外IE ＝U 外E ＝IR I R ＋r ＝R R ＋r ＝11＋rR，故外电路的电阻越大，电源做功输出的效率就越高．[合作探讨]闭合电路中内、外电路都有电阻，当电键闭合，电路中有电流时，内、外电路都做功．探讨1：电源非静电力做的功与电路中内、外电路电流做的功存在什么关系？ 【提示】 非静电力做功把电源内部储存的其他形式的能转化为电能，电流做功把电能转化为内电路上的电能和外电路上其他形式的能．探讨2：外电路的电阻越大，外电路消耗的功率就越大吗？【提示】 当外电阻大于内电阻时，外电阻越大，外电路消耗的功率越小． 探讨3：外电路的电阻越大，电源做功的效率就越高吗？ 【提示】 外电阻越大，路端电压越大，电源做功的效率越大． [核心点击]1．闭合电路中的几个功率功率名称 表达式电源功率(总功率) P 总＝EI 电源内部消耗功率 P 内＝U 内I ＝I 2r外电路消耗功率(电源输出功率)P 外＝U 外I ＝(E －U 内)I ＝EI －I 2r三者关系P 总＝P 外＋P 内2.纯电阻电路中电源的输出功率P 出＝UI ＝I 2R ＝E 2R R ＋r2＝E 2R －r 2R＋4r . 电源的输出功率随外电阻的变化关系如图264所示．(1)当R ＝r 时，P max ＝E 24r.(2)一个输出功率(除最大功率外)P 对应于两个不同的外电阻R 1和R 2，且r ＝R 1R 2. (3)当R ＜r 时，R ↑→P 出↑；当R ＞r 时，R ↑→P 出↓.图2643．电源的效率η＝P 出P ＝IU 外IE ＝U 外E ＝IR I R ＋r ＝R R ＋r ＝11＋rR.可见，外电阻R 越大，电源的效率越高．在如图265所示的电路中，已知电源电动势E ＝3 V ，内电阻r ＝1 Ω，电阻R 1＝2 Ω，滑动变阻器R 的阻值可连续增大，问： 【导学号：】图265(1)当R 多大时，R 消耗的功率最大？最大功率为多少？ (2)当R 多大时，R 1消耗的功率最大？最大功率为多少？【解析】 (1)把R 1视为内电路的一部分，则当R ＝R 1＋r ＝3 Ω时，R 消耗的功率最大，其最大值为：P max ＝E 24R＝ W.(2)对固定电阻R 1，当电路的电流最大时其消耗的功率最大，此时R ＝0，所以P 1＝I 2R 1＝⎝⎛⎭⎪⎫E R 1＋r 2R 1＝2 W.【答案】 (1)3 Ω W (2)0 2 W当典例3中的电源的最大输出功率为多少？此时电源的效率为多少？【解析】 由P 输出和R 的变化关系图像可知R 外>r 时，R 外越大，P 出越小，故R ＝0时电源输出功率最大．P max ＝I 2R 1＝⎝⎛⎭⎪⎫E r ＋R 12R 1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫31＋22×2 W＝2 W此时η＝R 1R 1＋r ×100%＝22＋1×100%＝%. 【答案】 2 W %如图266所示，电源电动势E ＝10 V ，内阻r ＝ Ω，“8 V 16 W”的灯泡L 恰好能正常发光，电动机M 绕线的电阻R 0＝1 Ω，求：【导学号：】图266(1)路端电压； (2)电源的总功率； (3)电动机的输出功率．【解析】 (1)灯泡正常发光，所以路端电压为8 V.(2)设干路总电流为I ，则8 V ＝10 V －I × Ω，得I ＝4 A ，故P 总＝EI ＝40 W.(3)又I L ＝P U ＝168A ＝2 A ，故I M ＝I －I L ＝2 A ，P M 总＝8×2 W＝16 W ， P M 出＝16 W －22×1 W＝12 W.【答案】 (1)8 V (2)40 W (3)12 W闭合电路功率问题的注意事项(1)闭合电路是一个能量转化系统，电源将其他形式的能转化为电能．内、外电路将电能转化为其他形式的能，EI ＝P 内＋P 外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现．(2)外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时，电源的输出功率变大．学业分层测评(十二) (建议用时：45分钟)1．当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为 J ．为在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( ) 【导学号：】A ．3 V, JB ．3 V, JC ．6 V, JD ．6 V, J【解析】 根据公式W ＝Uq 可知，当通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为 J 时，电阻的两端电压为3 V ，此时的电流为I ；若在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，表明后者的电流是前者的二倍，则说明后者的电压也是前者的二倍，即在其两端需加的电压为3 V×2＝6 V ，消耗的电能为W ＝6 V×0.6 C＝ J ，选项D 正确．【答案】 D2．额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间．比较它们产生的热量，结果是( )【导学号：】A ．电风扇最多B ．电烙铁最多C ．日光灯最多D ．一样多【解析】 在三种用电器中，只有电烙铁是纯电阻用电器，将电能全部转化为内能，故选项B 正确．【答案】 B3．有一只电风扇，标有“220 V 50 W”字样，电动机线圈的电阻为 Ω，把它接入220 V 的电路中，以下几种计算时间t 内产生热量的方法中，正确的是( ) 【导学号：】A ．Q ＝U 2R tB ．Q ＝PtC ．Q ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2Rt D ．以上三种方法均正确【解析】 由于电风扇是非纯电阻电路，故A 、B 错；由P ＝UI 得I ＝PU，再由Q ＝I 2Rt 知C 正确．【答案】 C4．(多选)一台电动机的线圈的电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内( )A ．电炉放热与电动机放热相等B ．电炉两端电压小于电动机两端电压C ．电炉两端电压等于电动机两端电压D ．电动机消耗的功率大于电炉的功率【解析】 电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻，对于电炉有：U ＝IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝I 2R ，对于电动机有：U >IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝UI >I 2R .【答案】 ABD5．R 1和R 2分别标有“2 Ω 1.0 A”和“4 Ω 0.5 A”，将它们串联后接入电路中，如图267所示，则此电路中允许消耗的最大功率为( )图267A ． WB ． WC ． WD ． W【解析】 R 1和R 2串联后的总电阻为R ＝R 1＋R 2＝6 Ω，电路中的电流不能超过R 2的额定电流，即0.5 A ．根据P ＝IU 和I ＝U R得P ＝I 2R ＝ W ，故A 正确．【答案】 A6．加在某电动机上的电压是U (V)，电动机消耗的电功率为P (W)，电动机线圈的电阻为r (Ω)，则电动机线圈上消耗的电热功率为( ) 【导学号：】A ．PD ．P －P 2r U2【解析】 因为P ＝IU ，I ＝P U，所以P 热＝(P U)2r ，故C 正确． 【答案】 C7．如图268所示，直线A 为电源的路端电压与总电流关系的图线，直线B 为电阻R 两端电压与通过该电阻电流关系的图线，用该电源和该电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效率分别是( )图268A ．2瓦，%B ．2瓦，%C ．4瓦，%D ．4瓦，%【解析】 由图可知，E ＝3 V ，r ＝1 Ω，R ＝2 Ω，故可得：P 出＝(ER ＋r )2·R ＝(32＋1)2·2 W ＝2 W ，η＝RR ＋r＝ %，故A 正确．【答案】 A8．一台小型电动机在380 V 电压下正常工作时，能将30 kg 的货物在30 s 内匀速提升30 m ，通过它的电流是1 A ．除电动机线圈生热外，其他能量损失不计，求在此过程中：(g 取10 m/s 2) 【导学号：】(1)拉力对货物做功的功率； (2)电动机的输出功率； (3)电动机线圈所产生的热量．【解析】 (1)货物匀速上升，故牵引力等于重力，故有F ＝mg ＝30×10 N＝300 N ， 上升的速度为v ＝1 m/s ，故牵引力的功率为P ＝Fv ＝300×1 W＝300 W. (2)电动机的输出功率为300 W. (3)由能量守恒定律可知Q ＝IUt －mgh ＝(1×380×30－300×30) J＝2400 J.【答案】 (1)300 W (2)300 W (3)2400 J9．电动势为E 、内阻为r 的电池与固定电阻R 0、变阻器R 串联，如图269所示，设R 0＝r ，R ab ＝2r ，当变阻器的滑片自a 端向b 端滑动时，下列各物理量中随之减小的是( )【导学号：】图269A ．电池的输出功率B ．变阻器消耗的功率C ．固定电阻R 0消耗的功率D ．电池内阻消耗的功率【解析】 滑片自a 向b 滑动，R 减小，R 总减小，故总电流I 变大，所以固定电阻R 0消耗功率及电池内阻消耗的功率均增大，故C 、D 错；滑动过程中，R 外由3r 减为r ，始终大于内阻r ，由P 输出与R 外关系图像可知，电池输出功率逐渐增大，故A 错．将R 0等效为内阻一部分，则总内阻为2r ，在R 由2r 减小到0的过程中，等效电源输出功率即变阻器消耗的功率逐渐减小，故B 正确．【答案】 B10．给定两只标有“110 V 40 W”的灯泡L 1和标有“110 V 100 W”的灯泡L 2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R ，将它们接在220 V 的电路中，在如图所示的几种接法中，最合理的是( )A BC D【解析】 L 1(110 V 40 W)和L 2(110 V 100 W)的额定电压相同，由P ＝U 2R可知R 1>R 2，由串、并联电路电流、电压特点可知A 、D 中L 1、L 2一定不会同时正常发光，虽然B 、C 能使L 1、L 2同时正常发光，但B 中P 总＝2(P 1＋P 2)，C 中P 总＝2P 2，故C 正确．【答案】 C11．如图2610为甲、乙两灯泡的I －U 图像，根据图像计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V 的电路中，实际发光的功率约为( )图2610A ．15 W 30 WB ．30 W 40 WC ．40 W 60 WD ．60 W 100 W【解析】 从图像的横坐标(U )为220 V 的刻度可找出对应的纵坐标(I )的值分别为I 甲＝0.18 A ，I 乙＝0.28 A ，则P 甲＝U ·I 甲≈40 W，P 乙＝U ·I 乙≈60 W，即C 项正确．【答案】 C12．电路图如图2611甲所示，乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15 Ω，定值电阻R 0＝3 Ω.甲 乙图2611(1)当R 为何值时，R 0消耗的功率最大，最大值为多少？ (2)当R 为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？【解析】 (1)由题图乙知电源的电动势和内阻为：E ＝20 V ，r ＝|ΔU ΔI |＝152 Ω＝ Ω.由题图甲分析知道，当R ＝0时，R 0消耗的功率最大， 最大为P ＝(ER 0＋r)2R 0＝(错误!)2×3 W＝ W.(2)当r ＝R ＋R 0时，即R ＝ Ω时， 电源的输出功率最大，最大值为：P ＝(E R 0＋R ＋r)2(R 0＋R )＝(错误!)2(3＋ W ＝ W.【答案】(1)0 W (2) Ω W。
高中物理 第二章 直流电路 第6节 焦耳定律 电路中的能量转化课件 教科版选修3-1
[解析] (1)由题干乙图知电源的电动势和内阻为 E＝20 V，r＝7.5 Ω. 由题图甲分析知道，当R＝0时，R0消耗的功率最大， 最大为P＝(R0E＋r)2R0＝(3＋207.5)2×3 W≈10.9 W. (2)当r＝R＋R0，即R＝4.5 Ω时，电源的输出功率最大，最大值为P＝(R0＋ER＋r)2(R0 ＋R) ＝(3＋42.50＋7.5)2(3＋4.5)W≈13.3 W. [答案] (1)0 10.9 W (2)4.5 Ω 13.3 W
解答有关电动机问题时应注意 (1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，P＝UI＝I2R＝UR2均成立． (2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路． P电＝UI>P热＝I2R，U≠IR且U>IR. (3)输入功率指电动机消耗的总功率．热功率是线圈上的电阻的发热功率．输出功率 是指电动机将电能转化为机械能的功率．三者的关系UI＝I2R＋P机．
解析：(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压 UR＝U－UV＝(160－110)V＝50 V 通过电阻R的电流IR＝URR＝5100 A＝5 A 即通过电动机的电流IM＝IR＝5 A. (2)电动机的分压UM＝UV＝110 V 输入电动机的功率P入＝IM·UM＝550 W.
(3)电动机的发热功率P热＝I2Mr＝20 W 电动机输出的机械功率P出＝P入－P热＝530 W. 答案：(1)5 A (2)550 W (3)530 W
E 2r
)2＋
E2 4r
，
图像如图所示，由图像可知对于同一电源，当输出电流增大(或减
小)时，电源的输出功率不一定增大(或减小)．
(4)电源的效率
η＝
P外 P
＝
IU外 IE
＝
U外 E
＝
IR I（R＋r）
2024-2025学年高中物理第二章直流电路6焦耳定律电路中的能量转化教案教科版选修3-1
然而，在教学中也存在一些问题和不足。首先，部分学生在实验操作中不够规范，需要我在今后的教学中加强指导和监督。其次，我在讲解难点部分时，可能过于强调概念和公式，而忽视了学生的实际理解和应用。最后，我在小组讨论的引导上可能有所欠缺，需要我在今后的教学中更加注重学生的思考和交流。
3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。
四、学生小组讨论（用时10分钟）
1.讨论主题：学生将围绕“焦耳定律在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。
2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。
3.学生已学习过能量守恒定律，能够理解电路中电能转化为热能的过程。
核心素养目标
本节课的核心素养目标包括：
1.科学探究能力：学生能够通过实验观察和数据分析，验证焦耳定律，培养实验操作和数据处理的能力。
2.逻辑推理能力：学生能够运用已有的电路知识，推理出焦耳定律的数学表达式，并理解其物理意义。
3.知识应用能力：学生能够将焦耳定律应用于实际问题中，分析电路中的能量转化过程，培养解决实际问题的能力。
-目标设定：引导学生设定学习目标，制定学习计划，鼓励他们持续努力，不断提高自己的学习水平。
-同伴评价：鼓励学生进行同伴评价，互相学习和交流，共同提高学习效果。
重点题型整理
1.题型一：根据焦耳定律计算热量
-题目：一根电阻为10Ω的导线，通过电流为5A的电流，通电时间为10分钟，求产生的热量。
高中物理第二章6焦耳定律电路中的能量转化课件教科版选修3_1
三、电路中的能量转化
1.内电路中的能量转化 (1)电源:通过各种作用,将其他形式的能转化为电能,转化功率
P=EI . (2)内阻:通过电流做功将一部分电能转化为内阻的内能,即P内
=I2r . 2.外电路上的能量转化:通过电流做功将电源输出的电能转化为
其他形式的能,即P外=UI . 3.两者之间的关系:由能量守恒定律可知P=P内+P外,即EI=I2r+UI,
解析:(1)由电路中的电压关系可得电阻R两端的电压
UR=U-UV=(160-110) V=50 V
流过电阻
R
(4)单位:瓦特,符号W.
家用电表是测量什么的? 提示:是用来测量消耗的电能的.或可以说测量电流做的电功的 多少.
二、焦耳定律 热功率
1.焦耳定律
(1)内容:电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比,跟电
阻值成正比,跟通电时间成正比.
(2)表达式:Q=I2Rt .
(3)适用范围:可求任何电路中产生的焦耳热.
1.串联电路
各部分电路电流������相同,根据������ = ������2������,可知
功率关系 各电阻上的电功率与电阻成正比 总功率������总 = ������������ = (������1 + ������2 + … + ������������ )������
= ������1 + ������2 + … + ������������
进一步化简可得E=U+Ir,可见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表现.
使用电源时,不能直接用导线把电源的两极连接起来,这是为什
么?
提示:因为电源提供的能量全部用于内电路发热,容易损坏电源,
2018-2019学年高二物理选修3-1教学案：第二章 第6节 焦耳定律 电路中的能量转化
第6节焦耳定律__电路中的能量转化1．电功是指电场力移动电荷所做的功，其大小为W＝UIt。
2．电功率指单位时间内电流所做的功，表达式为P＝IU，表示电流做功的快慢。
3．焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，热功率的表达式P热＝I2R，两式可用于任何电路。
4．电源工作时，把其他形式的能转化为电能的功率为IE，等于电源输出功率IU和电源内部的热功率I2r之和。
5．在纯电阻电路中：W＝Q即：W＝IUt＝I2Rt＝U2R t；在非纯电阻电路中：W＞Q。
一、电功电功率1．电功(1)定义：电场力移动电荷所做的功。
(2)大小：等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。
(3)公式：W＝UIt。
(4)国际单位：焦耳，符号J。
(5)意义：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。
(2)公式：P＝Wt＝UI。
(3)国际单位：瓦特。
符号：W。
(4)大小：一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压和电路中电流I的乘积。
(5)意义：表示电流做功的快慢。
二、焦耳定律热功率1．焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比。
(2)公式：Q＝I2Rt。
2．焦耳热电流通过电阻而产生的热量。
3．热功率(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。
(2)公式：P热＝Qt＝I2R。
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。
三、电路中的能量转化1．电源内部的能量转化在电源内部，通过各种作用将其他形式的能转化为电能。
高中物理第二章直流电路2.3焦耳定律教案教科版选修
2.3焦耳定律一、教课目的（一）知识与技术1．理解电功、电功率的看法，公式的物理意义。
认识本质功率和额定功率。
2222 2．认识电功和电热的关系。
认识公式Q=I Rt （ P=I R）、 Q=Ut/R （ P=U/R ）的适应条件。
3．知道非纯电阻电路中电能与其余形式能转变关系，电功大于电热。
4．能运用能量转变与守恒的看法解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。
（二）过程与方法经过相关实例，让学生理解电流做功的过程就是电能转变为其余形式能的过程。
（三）感情态度与价值观经过学习进一步领会能量守恒定律的广泛性。
三、重点与难点：重点：差别并掌握电功和电热的计算。
难点：主要在学生对电路中的能量转变关系缺少感性认识，接受起来比较困难。
四、教课过程：（一）复习上课时内容重点：串、并联电路的规律和欧姆定律及综合运用。
提出问题，引入新课1．经过前方的学习，可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向挪动，电场力对定向挪动的电荷做功吗？（做功，并且做正功）2．电场力做功将惹起能量的转变，电能转变为其余形式能，举出一些大家熟习的例子：电能→机械能，如电动机。
电能→内能，如电热器。
电能→化学能，如电解槽。
本节课将重点研究电路中的能量问题。
（二）新课解说-----第五节、焦耳定律1．电功和电功率（1）．电功定义：电路中电场力对定向挪动的电荷所做的功，简称电功，往常也说成是电流的功。
用 W表示。
本质：是能量守恒定律在电路中的表现。
即电流做功的过程就是电能转变为其余形式能的过程，在转变过程中，能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其余形式的能增添。
【注意】功是能量转变的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转变为其余形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转变与守恒的重点。
在第一章里我们学过电场力对电荷的功，若电荷q 在电场力作用下从 A 搬至 B， AB两点间电势差为U AB，则电场力做功W=qU AB。
对于一段导体而言，两头电势差为U，把电荷 q 从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It，（在时间间隔t 内搬运的电量为q，则经过导体截面电量为q，I=q/t），因此W=qU=IUt。
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第6节 焦耳定律__电路中的能量转化1．电功是指电场力移动电荷所做的功，其大小为W ＝UIt 。
2．电功率指单位时间内电流所做的功，表达式为P ＝IU ，表示电流做功的快慢。
3．焦耳定律的表达式为Q ＝I 2Rt ，热功率的表达式P 热＝I 2R ，两式可用于任何电路。
4．电源工作时，把其他形式的能转化为电能的 功率为IE ，等于电源输出功率IU 和电源内部 的热功率I 2r 之和。
5．在纯电阻电路中：W ＝Q 即：W ＝IUt ＝I 2Rt ＝U 2Rt ；在非纯电阻电路中：W ＞Q 。
一、电功 电功率 1．电功(1)定义：电场力移动电荷所做的功。
(2)大小：等于这段电路两端的电压U 与电路中的电流I 和通电时间t 三者的乘积。
(3)公式：W ＝UIt 。
(4)国际单位：焦耳，符号J 。
(5)意义：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。
(2)公式：P ＝W t＝UI 。
(3)国际单位：瓦特。
符号：W 。
(4)大小：一段电路上的电功率P 等于这段电路两端的电压和电路中电流I 的乘积。
(5)意义：表示电流做功的快慢。
二、焦耳定律 热功率 1．焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比。
(2)公式：Q ＝I 2Rt 。
2．焦耳热电流通过电阻而产生的热量。
3．热功率(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。
(2)公式：P 热＝Q t＝I 2R 。
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。
三、电路中的能量转化 1．电源内部的能量转化在电源内部，通过各种作用将其他形式的能转化为电能。
2．电路中的能量转化 (1)纯电阻电路中：P 电＝P 热。
(2)在非纯电阻电路中：P 电＝P 热＋P 其他。
3．闭合电路的功率分析(1)公式表达：由闭合电路欧姆定律可得IE ＝IU ＋I 2r 。
(2)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I 2r 之和。
1．自主思考——判一判(1)电功越大，电功率就越大。
(×)(2)只有纯电阻电路中，电热的表达式是Q ＝I 2Rt 。
(×) (3)非纯电阻电路中，电热的表达式是Q ＝I 2Rt 。
(√) (4)电动机工作时，消耗的电能大于产生的电热。
(√) (5)电源的功率越大，其输出功率越大。
(×) 2．合作探究——议一议(1)根据我们的生活、生产经验列举一些常见的用电器，并说明电能主要转化为什么能？提示：①电灯，把电能转化为光能。
②电热毯、电熨斗、电饭煲、电热水器，把电能转化为内能(热能)。
③电动机，把电能转化为机械能。
④电解槽，把电能转化为化学能。
(2)用电器铭牌上所标的功率有何意义？提示：用电器铭牌上所标功率指的是用电器的额定功率，即用电器能长时间正常工作时的最大功率，用电器实际工作时，其功率不一定等于额定功率，一般要小于或等于额定功率。
(3)电功率与热功率的含义分别是什么，计算公式分别是什么？提示：电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，计算公式P＝IU；热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率，计算公式P＝I2R。
(4)对一个电动势为E和内电阻一定的电源，在对外供电的过程中，什么情况下电源的总功率最大？什么情况下电源内部的发热功率最大？提示：由P总＝IE，P内＝I2r可知，当流过电源的电流最大时，即回路中电阻值最小时，电源的总功率和电源内部的发热功率最大。
1．串、并联电路中的功率关系2．额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。
当用电器两端电压达到额定电压UI额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。
额时，电流达到额定电流(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。
为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。
[典例] 额定电压都是110 V，额定功率P甲＝100 W，P乙＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是( )[思路点拨]哪些电路能使甲、乙灯正常发光⇒哪个电路变阻器消耗能量少⇒哪个电路消耗能量最少[解析] 对灯泡有P ＝UI ＝U 2R，可知：R 甲<R 乙，对于A 电路，由于R 甲<R 乙，所以U 乙>U甲，且有U 乙>110 V ，乙灯被烧毁，U 甲<110 V 不能正常发光，A 错误。
对于B 电路，由于R 乙>R 甲，甲灯又并联变阻器，并联电阻更小于R 乙，所以U 乙>U 并，乙灯被烧毁。
对于C 电路，乙灯与变阻器并联电阻可能等于R 甲，所以可能U 甲＝U 乙＝110 V ，两灯可以正常发光。
对于D 电路，若变阻器的有效电阻等于甲、乙的并联电阻，则U 甲＝U 乙＝110 V ，两灯可以正常发光。
比较C 、D 两个电路，由于C 电路中变阻器功率为(I 甲－I 乙)×110，而D 电路中变阻器功率为(I 甲＋I 乙)×110，所以C 电路消耗电功率最小。
[答案] C1．当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C ，消耗的电能为0.9 J 。
为在相同时间内使0.6 C 的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( )A ．3 V 1.8 JB ．3 V 3.6 JC ．6 V 1.8 JD ．6 V 3.6 J解析：选D 设两次加在电阻R 上的电压分别为U 1和U 2，通电的时间都为t 。
由公式W 1＝U 1q 1和W 1＝U 21R t 可得：U 1＝3 V ，t R ＝0.1 s·Ω－1。
再由W 2＝U 2q 2和W 2＝U 22R t 可求出：U 2＝6 V ，W 2＝3.6 J ，故选项D 正确。
2．一只规格为“220 V 2 000 W”的电炉，它在正常工作时的电阻是多少？若电网电压为200 V ，电炉工作时的实际功率是多少？在220 V 电压下，如果平均每天使用电炉2 h ，求此电炉一个月(按30天计算)要消耗多少度电？解析：设电炉的电阻为R ，由P ＝U 2R 得R ＝U 2P ＝22022 000Ω＝24.2 Ω当电压为U ′＝200 V 时，电炉的实际功率为P ′＝U ′2R ＝200224.2W≈1 653 W在220 V 的电压下，该电炉一个月消耗的电能为W ＝Pt ＝2×2×30 kW·h＝120 kW·h。
答案：24.2 Ω 1 653 W 120度1．纯电阻电路与非纯电阻电路对比(1)纯电阻电路：W ＝Q ＝UIt ＝I 2Rt ＝U 2Rt ，P 电＝P 热＝UI ＝I 2R ＝U 2R。
(2)非纯电阻电路：电功W ＝UIt ，电热 Q ＝I 2Rt ，W ＞Q ；电功率P ＝UI ，热功率P 热＝I 2R ，P ＞P 热。
[特别提醒] 在非纯电阻电路中，只能用W ＝UIt 和P ＝UI 计算电功和电功率；Q ＝I 2Rt及P 热＝I 2R 计算电热和热功率。
而且W ≠U 2R t ，P ≠U 2R ，Q ≠U 2R t ，P 热≠U 2R。
[典例] 规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接上220 V 的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上220 V 的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。
[审题指导] 第一步 抓关键点第二步 (1)额定电压下，电流可据I ＝P U求出。
(2)机械功率可通过P 机＝P 电－P 热求出。
(3)电动机不工作时，220 V 电压全加在40 Ω电阻上，电动机此时即为“电阻”。
[解析] (1)排气扇在220 V 的电压下正常工作时的电流为：I ＝P U ＝36220A≈0.16 A， 发热功率为：P 热＝I 2R ＝(0.16)2×40 W≈1 W。
转化为机械能的功率为：P 机＝P －P 热＝36 W －1 W ＝35 W 。
(2)扇叶被卡住不能转动后， 电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A ，电动机消耗的功率即发热功率：P 电′＝P 热′＝UI ′＝220×5.5 W＝1 210 W 。
[答案] (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W电动机的功率问题(1)功率关系：P 入＝P 机＋P 热，即IU ＝P 机＋I 2R 。
(2)电动机的效率：η＝P 机P 总。
(3)当电动机被卡不转动时相当于一个纯电阻电路。
1．一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V 时，电流为0.3 A 。
松开转轴，在线圈两端加电压为2 V 时，电流为0.8 A ，电动机正常工作。
求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？解析：电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r ＝U I ＝0.30.3Ω＝1 Ω。
电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P 入＝I 1U 1＝0.8×2 W ＝1.6 W 。
电动机的机械功率P 机＝P 入－I 21r ＝(1.6－0.82×1)W＝0.96 W 。
答案：1.6 W 0.96 W2.如图261所示，一台直流电动机所加电压为110 V ，通过的电流为5 A 。
该电动机在10 s 内把一个质量为50 kg 的物体匀速提高了9 m ，求电动机的电功率和电动机线圈的电阻(不计摩擦，g 取10 m/s 2)。
图261解析：电功率：P ＝UI ＝110×5 W＝550 W电动机做功的过程就是把电能转化为机械能和内能的过程。
机械能：E ＝mgh ＝50×10×9 J＝4 500 J内能：Q ＝W －E ＝Pt －E ＝(550×10－4 500)J ＝1 000 J 由焦耳定律Q ＝I 2Rt ，得：R ＝QI 2t ＝ 1 0002×10Ω＝4 Ω。