【教学方案】电路中的能量转化

1 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。

教学重难点

教学重点

电功和电热的计算。

教学难点

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。教学准备

多媒体课件

教学过程

新课引入

教师活动：展示图片并提问：现代生活中有很多电器设备和用电器，这些用电器中的能量使怎样转化的呢？

学生活动：观察图片，思考老师所提问题。

讲授新课

一、电功和电功率

教师活动：总结前面的问题。

教师活动：讲解。

电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。

电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。如上图所示，表示一

段电路，电荷从左向右定向移动，试根据已学知识，推导电流做的功。

学生活动：推导电功表达式。

根据电势差的定义

W =qU

根据电流的定义

q =It

联立以上两式得

W =UIt

教师活动：总结知识点。

1.电功

(1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U 、电路中的电流I 、通电时间t 三者的乘积．

(2)公式：W =UIt

(3)单位：国际单位为焦耳，符号为J.

常用单位为千瓦时(kW ·h)．亦称为“度”，1 kW ·h =1度＝3.6×106焦耳。

(4)适用条件：普遍适用

教师设问：不同的用电器电流的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？

教师活动：讲解电功率。

2.电功率

(1)定义：单位时间内电流所做的功叫作电功率。

(2)公式：P =t

W =UI (3)单位：瓦特，符号W 。

(4)物理意义：表示电流做功的快慢。

(5)适用条件：普遍适用。

二、焦耳定律

教师活动：设问:为什么电视机、电扇通电时间长了会发热？怎样求这些用电器产生的热量？

学生活动：集体回答。

教师活动：讲解焦耳定律。

当电流通过导体元件做功时，W =UIt ，若电能全部转化为导体的内能，则Q =W =UIt ，由

欧姆定律U =IR ，可以得到Q 的表达式

Q =I 2Rt

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。 这就是初中学过的焦耳定律。

(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。

(2)公式：Q =I 2Rt

2.热功率：P 热=t

W =I 2R 两公式均适用于任何电路。

三、电路中的能量转化

教师设问：标有“220V 40W ”的白炽灯泡和“220V40W ”的电动机，把它们并联后接到220 V 的照明电路中，二者都能正常工作，它们在相同时间内产生的电热相同吗？

学生活动：阅读课本，讨论。

教师活动：讲解纯电阻电路与非纯电阻电路。

1.纯电阻电路：电能全部转化为内能，(白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁等存在的电路)，即

P 电=UI=R

U 2=I 2R=P 热

注意：欧姆定律I =R

U 只适用于纯电阻电路。 2.非纯电阻电路：以电动机为例，能量转化：

电能=机械能+内能

W 电=W 机+Q 热

P 机= P 电-P 热=UI -I 2R 由此可见，对于非纯电阻电路，W >Q ，则U >IR ，欧姆定律不适用。

典题剖析

例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 ＝UIt 适用于任何电路，W =R

U 2

t = I 2Rt 只适用于纯电阻的电路

C.在非纯电阻的电路中，UI > I 2R

D.焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路

答案：BCD

解析：电功率越大，电流做功越快，但电路中产生的焦耳热还与时间有关，所以A 错。BCD 都对。

例2规格为“220V 22W ”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：

(1)接上220V 电压后，排气扇转化为发热的功率和机械能的功率；

(2)如果接上电源后，扇叶被卡住(不转动)求电动机消耗的功率和发热的功率． 解析：(1)I =U

P =0.1A ，P 热=I 2R=0.4W,P 机= P-P 热=21.6W 。 (2)扇叶被卡住后相当于纯电阻电路，所以P =P 热=R

U 2

=1210W 。 答案：(1)0.4W 21.6W (2)1210W 1210W

课堂小结

一纯电阻电路

电功等于电热

电功率等于热功率

二非纯电阻电路

电流所做的总功大于电流发热所做的功

总的电功率大于热功率