2019版必修3第十二章电路中的能量转化
人教版(2019)必修第三册第十二章第1节《电路中的能量转化---新课讲解课件》
2．(2)电功率：单位时间 内电流所做的功
探究结论
1. (1)电功定义： 在一段电路中电场力所做
的功，也就是通常所说的电流 所做的功，简称为电功．
(2)公式 W = UQ = UIt (3)单位：焦(J) 常用单位有千瓦时(kW·h).
1kW·h＝3.6×106J
2．(2)电功率：单位时间 内电流所做的功
(3)电功率表示电流做 功的快慢．
(4)单位：瓦(W) 常用单位：千瓦(kW)．
探究结论
1. (1)电功定义： 在一段电路中电场力所做
的功，也就是通常所说的电流 所做的功，简称为电功．
(2)公式 W = UQ = UIt (3)单位：焦(J) 常用单位有千瓦时(kW·h).
1kW·h＝3.6×106J
题探究
对于这些常见的电器，它们的共同 特征是什么？
——电能转化为内能
问题探究
在静电学中，我们怎样计算电场力做功？
一、电功和电功率
问题探究
在静电学中，我们怎样计算电场力做功？
一、电功和电功率
问题探究
在静电学中，我们怎样计算电场力做功？
一、电功和电功率
如图一段电路两端的电压为U， 通过的电流为I，在时间t内通过这段 电路任一横截的电荷量q=It．
探究结论
3. 额定功率和实际功率： 用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电
压下工作的功率是实际功率。 用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。
几种常见家用电器的额定功率
探究结论
3. 额定功率和实际功率： 用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电
压下工作的功率是实际功率。 用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。
电路中的能量转化(人教版2019必修第三册)
例2:把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节
变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别
用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是 ( )
A．P甲=P乙
B．P甲=3P乙
C．P乙=3P甲
D．P乙>3P甲
R'
R
12V
甲
12V
乙
分析：
3I
I
R'
R
12V
甲
12V
乙
甲的总功率的大小为：P甲=3UI。
化为内能之外，还转化为机械能和化学能。现在我们以电动机为
例，讨论一下电路中的能量转化。
三、电路中的能量转化
思考与讨论
如图，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，
这里涉及哪些功率?功率间的关系又如何?
①能量变化： 电能W
②功率变化：P电=P机+P损
转化
机械能+内能Q（损失的能量）
P损=P热
P电=P机+P热
电能→内能
光能
电能→机械能
内能
电能→化学能
内能
当电流只通过纯电阻电路时，电流做功就会把电能全部转化为内能。
我们把导体通电时产生热量的现象，称为电流的热效应。
二、焦耳定律
电流通过电热水器，电饭锅等电热元件做功时，电能全部转
化为导体的内能。
电功等于电热量（电热）： Q=W
电功： W=UIt
欧姆定律： U=IR
2
U
2
P
I
R
（
）
R2
保温时，R2的功率
2
R1 R 2
2
根据题意
P
电路中的能量转化 课件-高二物理人教版(2019)必修第三册
W=Q， 即UIt=I2Rt， I U （欧姆定律成立）
R
计算电功和电热时：W = Q =UIt=I2Rt= U 2t
R
计算电功率和热功率时：
P=UI=I2R=
U2 R
2、非纯电阻电路中：
欧姆定律不成立，说明欧姆
W>Q， 即IUt>I2Rt，U>IR 定律不适用于非纯电阻电路
计算电功时，只能用W=IUt；计算电功率时，只能用P=IU
分析：本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发 热的功率P热和对外做功转化为机械能的功率P机。三者之间遵从能量 守恒定律，即P电=P热+P机 解：由焦耳定律可知，电动机发热的功率为P热=I2R=52×0.4W=10W 电动机消耗的电功率为P电=UI=220×5W=1100W 根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为 P机=P电一P热=1100W-10W=1090W 这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为1090W。
功是能量转化的量度，电流做了多少功就有多少电能转化为其他形 式的能。
一段电路两端的电压为U，通过的电流为I， 则在时间t内通过这段电路任 一横截面的电荷量： q=It 电场力做功：W=qU=IUt
一、电功和电功率 1、电功 （1）定义：电场力(或电流)所做的功.
（2）公式： W=UIt
电功普适公式
二、电功率P 定义：单位时间内电流所做的功 公式：P=W/t=IU 单位：W kW
三、电热Q 定义： 电流通过导体产生的热量.
对纯电阻电路： 电功=电热
电功率=热功率 对非纯电阻电路：
电功>电热 电功率>热功率
公式：Q=I2Rt
单位：J
焦耳定律：电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R 和通电
2019版 必修3 第十二章 电路中的能量转化
电路中的能量转化如图12.1-3，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？【例题】一台电动机，线圈的电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。
这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发热的功率P热和对外做功转化为机械能的功率P机。
三者之间遵从能量守恒定律，即P电＝P机＋P热解由焦耳定律可知，电动机发热的功率为P热＝I2R＝52×0.4W＝10W电动机消耗的电功率为P电＝UI＝220×5W＝1100W根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为P机＝P电－P热＝1100W－10W＝1090W这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为1090W。
练习与应用1.试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？2.电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。
图12.1-4是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电阻丝。
（1）自动开关S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？说明理由。
（2）要使电饭锅在保温状态下的功率是加热状态的一半，R1R2应该是多少？3.四个定值电阻连成图12.1-5所示的电路。
RA、RC的规格为“10V4W”，RB、RD的规格为“10V2W”。
请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由。
4.如图12.1-6，输电线路两端的电压U为220V，每条输电线的电阻R为5Ω，电热水器A的电阻RA 为30Ω。
求电热水器A上的电压和它消耗的功率。
如果再并联一个电阻RB为40Ω的电热水壶B，则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少？闭合电路的欧姆定律练习与应用1.某个电动势为E的电源工作时，电流为I，乘积EI的单位是什么？从电动势的意义来考虑，EI表示什么？2.小张买了一只袖珍手电筒，里面有两节干电池。
人教版(2019)高中物理必修三第十二章第1节电路中的能量转化
第1节 电路中的能量转化学习目标核心素养形成脉络1.理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质．2．理解电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路． 3．电功率和热功率的理解.一、电功和电功率 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 和通电时间t 三者的乘积．(2)公式：W ＝IUt .(3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为J. 2．电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比． (2)公式：P ＝Wt＝IU ．(3)单位：瓦特，简称瓦，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 二、焦耳定律 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，跟导体的电阻及通电时间成正比．(2)公式：Q ＝I 2Rt ． (3)适用范围：任何电路．2．热功率(1)定义：电流通过导体发热的功率． (2)公式：P ＝Qt ＝I 2R ．三、电路中的能量转化1．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热． 2．非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能．3．纯电阻电路中P 电＝P 热；电动机电路中P 电＝P 机＋P 损．其中P 电＝UI ，P 热＝I 2R ；P损＝P 热．思维辨析(1)电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能．( ) (2)正在充电的电池，电能全部转化为化学能．( )(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，所以P 即是电功率．( )提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× 深度思考 (1)如图所示，电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ (2)公式W ＝UIt 、W ＝I 2Rt 在应用时应注意什么？W ＝UIt 可以计算热量吗？提示：(1)电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能．电熨斗工作时，将电能转化为内能．(2)W ＝UIt 普遍适用，而W ＝I 2Rt 只适用于纯电阻电路．在纯电阻电路中，可以应用W ＝UIt 计算热量，而在非纯电阻电路中不能应用W ＝UIt 计算热量．串、并联电路中的电功率的分析与计算【核心深化】1．串联电路的功率关系(1)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． (2)总功率P 总＝UI ＝(U 1＋U 2＋…＋U n )I ＝P 1＋P 2＋…＋P n . 2．并联电路的功率关系(1)各支路电压相同，根据P ＝U 2R ，各支路电阻上的电功率与电阻成反比．(2)总功率P 总＝UI ＝U (I 1＋I 2＋…＋I n )＝P 1＋P 2＋…＋P n .3．结论：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和．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( )[解析] L 1和L 2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 中都能使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C 正确．[答案] C(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．(2020·广东深圳高二检测)有人在调制电路时用一个“100 k Ω 18W ”的电阻和一个“300 k Ω 18 W ”的电阻串联，作为400 k Ω的电阻使用，此时两串联电阻允许消耗的最大功率为( )A.12 W B.16 W C.18W D.14W 解析：选B.由P ＝I 2R 可知，允许流过两电阻的最大电流I 1>I 2，当300 k Ω的电阻达到额定值时，100 k Ω电阻消耗的功率为其功率的13；则有最大功率P m ＝I 22(R 1＋R 2)＝13×18 W ＋18 W ＝16W ．故选B. 对电功和电热的理解 【核心深化】1．电功和电功率：W ＝UIt 是电功的计算式，P ＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路．2．电热和热功率：Q ＝I 2Rt 是电热的计算式，P 热＝I 2R 是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率．3．纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能．4．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路 非纯电阻电路 举例白炽灯、电炉、 电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系 W ＝Q 即IUt ＝I 2Rt W ＝Q ＋E 其他 UIt ＝I 2Rt ＋E 其他 电功率和热 功率的关系P ＝P 热 即IU ＝I 2RP ＝P 热＋P 其他 即IU ＝I 2R ＋P 其他欧姆定律是否成立U＝IR，I＝UR成立U＞IR，I＜UR不成立说明W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率．Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率．只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路W>Q，P电>P热如图所示的电路中，电炉电阻R＝10 Ω，电动机线圈的电阻r＝1 Ω，电路两端的电压U ＝100 V，电流表的示数为30 A，问通过电动机的电流为多少？通电1 min，电动机做的有用功为多少？[思路点拨][解析]题图中的两个支路分别为纯电阻电路(电炉)和非纯电阻电路(电动机)．在纯电阻电路中可运用欧姆定律I＝UR直接求出电流，而非纯电阻电路中的电流只能运用干路和支路中电流的关系求出．在非纯电阻电路中，电功大于电热，两者的差值才是有用功．根据欧姆定律，通过电炉的电流为I1＝UR＝10010A＝10 A根据并联电路中的干路电流和支路电流的关系，则通过电动机的电流为I2＝30 A－I1＝20 A电动机的总功率为P＝UI2＝100×20 W＝2×103 W电动机因发热而损耗的功率为P′＝I22r＝400 W电动机的有用功率(机械功率)为P″＝P－P′＝1.6×103 W电动机通电1 min 做的有用功为 W ＝P ″t ＝1.6×103×60 J ＝9.6×104 J. [答案] 20 A 9.6×104 J解决电动机问题的一般方法(1)电动机两端的电压U M 、通过的电流I M 的求解是关键，但由于不是纯电阻电路不满足欧姆定律，U M 、I M 都是利用电路规律间接求解的．(2)对电动机而言，求电功率用P 电＝I M U M ，求热功率用P 热＝I 2M r ，求输出机械功率用P 出＝P 电－P 热．(3)求电动机输出的机械功率还可用P 出＝F 牵v .【针对训练】1．如图是某品牌吊扇的相关参数，假设吊扇的吊杆下方的转盘与扇叶的总质量为7 kg ，g 取10 m/s 2，则( )A ．吊扇的内电阻为880 ΩB ．以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 AC ．正常工作时吊扇的机械功率等于55 WD ．正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N解析：选B.由参数可知额定电压为220 V ，额定功率为55 W ，则额定电流I ＝P U ＝55220 A＝0.25 A ，B 正确；若电器为纯电阻，则电阻为R ＝U 2P ＝220255 Ω＝880 Ω，因电扇不是纯电阻，则内阻不等于880 Ω，A 错误；机械功率等于总功率与内阻消耗功率之差，可知正常工作时吊扇的输出机械功率小于55 W ，C 错误；吊扇工作时，给空气向下的作用力，空气给电扇向上的反作用力，可知吊杆对转盘的拉力小于重力70 N ，D 错误．2．如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图．电动机内电阻r ＝0.8 Ω，电路中另一电阻R ＝10 Ω.直流电压U ＝160 V ，电压表示数U V ＝110 V.(1)求通过电动机的电流； (2)求输入电动机的电功率；(3)若电动机以v ＝1 m/s 的速度匀速竖直向上提升重物，则该重物的质量为多少？(g 取10 m/s 2)解析：(1)由电路中的电压关系可得电阻R 两端的电压 U R ＝U －U V ＝(160－110)V ＝50 V 流过电阻R 的电流I R ＝U R R ＝5010 A ＝5 A即通过电动机的电流I M ＝I R ＝5 A. (2)电动机两端的电压U M ＝U V ＝110 V 输入电动机的功率P 电＝I M U M ＝550 W. (3)电动机的发热功率P 热＝I 2M r ＝20 W电动机输出的机械功率P 出＝P 电－P 热＝530 W 又P 出＝mg v ，所以m ＝P 出g v ＝53 kg.答案：(1)5 A (2)550 W (3)53 kg1．(对电功率的理解)如图所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等．停电时，用欧姆表测得A 、B 间电阻为R ；供电后，各家电器同时使用，测得A 、B 间电压为U ，进线电流为I ，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )A ．P ＝I 2RB ．P ＝U 2RC ．P ＝IUD ．P ＝I 2R ＋U 2R解析：选C.家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P ＝UI 来计算，C 正确．2．(对焦耳定律的理解)如表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为( )型号 DF －938 额定功率 900 W 额定电压220 V额定容量 1.2 LA.6.8 A B ．4.1 A C ．1.2 AD ．0.24 A解析：选B.由铭牌读出电热水壶额定功率为P ＝900 W ，额定电压为U ＝220 V ；由P ＝UI 得，电热水壶的额定电流为：I ＝P U ＝900220A ≈4.1 A.3．(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R 1、R 2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R 1、R 2大小满足( )A ．R 2＝9R 1B ．R 2＝6R 1C ．R 2＝3R 1D ．R 1＝R 2解析：选A.设每个灯泡正常发光时其电流为I ，则题图甲中总电流为3I ，题图乙中总电流为I ；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使P R 1＝P R 2，即(3I )2R 1＝I 2R 2，故R 2＝9R 1，所以A 正确．4．(非纯电阻电路功率的计算)(2020·四川南充高二检测)某同学对时下流行的一款充一次电就可使用一个月的电动牙刷产生了兴趣，于是他对电动牙刷内的主要部件——微型电动机的性能进行了研究．运用如图所示的实验电路，调节滑动变阻器R 使电动机停止转动，电流表和电压表的示数分别为200 mA 和1.2 V ．重新调节R 并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100 mA 和2.4 V ．则这台微型电动机正常运转时输出功率为( )A ．0.24 WB ．0.16 WC ．0.18 WD ．0.06 W解析：选C.根据公式R ＝UI 可求电动机停转时的电阻；利用公式P ＝UI 可求电动机的总功率，根据公式P ＝I 2R 可求内阻消耗的热功率，总功率与内阻消耗的热功率之差就是电动机的输出功率．电动机的电阻：R ＝U I ＝1.20.2Ω＝6 Ω，电动机的总功率：P ＝U 1I 1＝2.4 V ×0.1 A ＝0.24 W ，电动机内阻消耗的功率：P R ＝I 21R ＝(0.1 A)2×6 Ω＝0.06 W ，电动机正常运转时的输出功率是P 输出＝P －P R ＝0.24 W －0.06 W ＝0.18 W ，故C 正确，A 、B 、D 错误．(建议用时：30分钟) 【合格考练】1．室内有几种用电器：1.5 kW 的电饭煲、200 W 的电冰箱、750 W 的取暖器、250 W 的电视机和2 kW 的空调器．如果进线处有13 A 的保险丝，供电电压为220 V ，下列情况下不能同时使用的是( )A ．电饭煲和电冰箱B ．取暖器和空调器C ．电饭煲和空调器D ．电冰箱、电视机和空调器解析：选C.电路中允许的最大功率为P m ＝UI ＝2 860 W ．用电器的功率之和大于P m 时，用电器就不可以同时使用，故C 正确．2．(2020·淄博校级联考)如果家里的微波炉(1 000 W)、电视机(100 W)和洗衣机(400 W)平均每天都工作2 h ，一个月(30天计)的用电量是( )A ．10 kW ·hB ．20 kW ·hC ．45 kW ·hD ．90 kW ·h解析：选D.P ＝1 000 W ＋100 W ＋400 W ＝1 500 W ＝1.5 kW ，故W ＝Pt ＝1.5 kW ×2 h ×30＝90 kW ·h.3．(2020·北京房山高二期中)一台电动机，额定电压是100 V，电阻是2 Ω.正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为()A．500 W B．200 WC．50 W D．450 W解析：选C.根据焦耳定律得到P热＝I2r＝(5 A)2×2 Ω＝50 W，故C正确．4．如图为某品牌的扫地机器人，其内部电机的电阻为0.5 Ω，额定功率为24 W，额定工作电压为8 V，扫地机器人的锂电池容量为9 A·h，则该机器人正常工作时() A．额定工作电流为3 AB．额定工作电流为16 AC．充满电后最长工作时间约为9 hD．每秒消耗能量为128 J解析：选A.额定功率为24 W，额定工作电压为8 V，所以额定电流为I＝PU＝3 A，A 正确，B错误；工作电流为3 A，锂电池容量为9 A·h，由Q＝It可知，能够工作3 h，C错误；每秒消耗能量为24 J，D错误．5．如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电动机内阻为R1.当开关闭合，电动机正常工作时，滑动变阻器接入电路中的电阻为R2，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流为I.电动机的输出功率等于()A．UI B．I2R1C．UI－I2R1 D.ER1＋R2＋rU解析：选C.电动机消耗的总的电功率为P总＝UI，其中一部分用于产生热量P热＝I2R1，另一部分输出机械功率P，由P总＝P热＋P，解得P＝IU－I2R1，故C正确．6．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调运行1小时用电()A ．1.0度B ．1.5度C ．2.0度D ．2.5度解析：选B.从题图可以看出，在1小时内，空调器以0.5 kW 的功率工作的时间为20分钟，以2 kW 的功率工作的时间为40分钟，故空调器1小时内用电为W ＝P 1t 1＋P 2t 2＝⎝⎛⎭⎫0.5×13＋2×23 kW ·h ＝1.5 kW ·h ＝1.5度，故选B.7．(2020·西安东仪中学高二期末)一个直流电动机所加电压为U ，电流为 I ，线圈内阻为 R ，当它工作时，下述说法中正确的是( )A ．电动机的输出功率为U 2RB ．电动机的输出功率为UI －I 2RC ．电动机的发热功率为UID ．电动机的功率可写作IU ＝I 2R ＝U 2R解析：选B.直流电动机为非纯电阻，电动机的输出功率为P 出＝UI －I 2R ，故A 错误，B 正确；根据焦耳定律，电动机的发热功率P热＝I 2R ，故C 错误；电动机的功率可写作P＝IU ，由于直流电动机为非纯电阻电路，故欧姆定律不成立，故不能写成I 2R或U 2R，故D 错误．8．(2020·宁夏石嘴山高二检测)有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路中电机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；若把电动机接入2.0 V 电压的电路中，正常工作时的电流是1.0 A ，此时，电动机的输出功率是P 出；如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是P 热，则( )A ．P 出＝2 W ，P 热＝0.5 WB ．P 出＝1.5 W ，P 热＝8 WC ．P 出＝2 W ，P 热＝8 WD ．P 出＝1.5 W ，P 热＝0.5 W解析：选B.当电动机卡住时，电流做的功全部转化为热能，即是纯电阻，符合欧姆定律，故可得电动机的电阻为R ＝0.20.4 Ω＝0.5 Ω，正常工作时，电动机消耗的总功率为P 总＝UI ＝2 W ，输出功率为总功率与热功率之差，故P 出＝P 总－I 2R ＝2 W －12×0.5 W ＝1.5 W ，若此时电动机突然卡住，则电能全部转化为内能，故热功率为P 热＝U 2R ＝220.5 W ＝8 W ，故B正确．【等级考练】9．(2020·河北黄骅中学高二检测)如图所示是饮水机的工作电路简化图，S 是温控开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R 0是饮水机加热管电阻，R 是与加热管串联的电阻．表格是从其说明书中摘录的一些技术数据．不考虑R 0、R 的电阻受温度变化的影响，表中的功率均指加热管的功率．当S 闭合时，饮水机的工作状态和R 0的阻值是( )A ．加热，88 ΩB ．加热，220 ΩC ．保温，88 ΩD ．保温，220 Ω解析：选A.由电功率公式P ＝I 2R 和I ＝U R ＋r 可知，电压不变的条件下，电阻越小电流越大，功率越大．电源电压不变，当S 闭合时，只有R 0接入在电源上，电路中的电阻变小，总功率变大，因而开关S 闭合时是加热状态．利用公式R ＝U 2P ，知R 0＝2202550 Ω＝88 Ω，A正确．10．(2020·贵州都匀高二检测)根据都匀一中学生宿舍管理条例，严禁学生使用功率超过100 W 的电吹风，否则将对学生做出没收电吹风和记过处分的双重惩罚．如图所示是一次行动中没收的某大功率的电吹风的电路图，它主要由电动机M 和电热丝R 构成．当闭合开关S 1、S 2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出．已知电吹风的额定电压为220 V ，吹冷风时的功率为190 W ，吹热风时的功率为1 400 W ．关于该电吹风，下列说法正确的是( )A ．电热丝的电阻为55 ΩB ．电动机线圈的电阻无法计算C ．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 400 JD ．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 400 J解析：选B.电动机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为P ＝P 热－P 冷＝(1 400－190) W ＝1 210 W ，根据P ＝U 2R ，可得电热丝的电阻为R ＝U 2P ＝22021 210 Ω＝40 Ω，故A 错误；电动机为非纯电阻，所以不能计算其电阻，故B 正确；当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为Q ＝Pt ＝1 210×1 J ＝1 210 J ，故C 错误；当电吹风吹热风时，电动机M 和电热丝R 并联，电动机的功率为190 W ，所以每秒钟消耗的电能Q ′＝P ′t ＝190×1 J ＝190 J ，故D 错误．11．规格为“220 V 36 W ”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接220 V 的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，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 的电压下正常工作时的电流为I ＝P U ＝36220 A ≈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＝(36－1) W ＝35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，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电功率等于发热功率： 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 W12．一台小型电动机在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，其他能量损失不计，求在此过程中：(g 取10 N/kg)(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，故拉力等于重力， 故有F ＝mg ＝30×10 N ＝300 N 上升的速度为v ＝h t ＝30 m30 s＝1 m/s故拉力的功率为P ＝F v ＝300×1 W ＝300 W. (2)电动机的输出功率P 出＝P ＝300 W. (3)由能量守恒定律可知Q ＝IUt －mgh ＝(1×380×30－300×30) J ＝2 400 J. 答案：(1)300 W (2)300 W (3)2 400 J。
人教版(2019)高一物理必修三12.1电路中的能量转化课件(共49张)
3．结论 无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负 载消耗的功率之和。
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【例 1】 有额定电压都是 110 V，额定功率 PA＝100 W，PB＝ 40 W 的电灯两盏，若接在电压是 220 V 的电路上，两盏电灯均能正 常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是( )
A
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3．电动机的功率和效率 (1)电动机的总功率(输入功率)：P 总＝UI。 (2)电动机发热的功率：P 热＝I2r。 (3)电动机的输出功率(机械功率)： P 机＝P 总－P 热＝UI－I2r。 (4)电动机的效率：η＝PP机 总×100%。
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【例 2】 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验 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 1.0 V；重新调节 R 使电动机恢复正常运转时， 电流表和电压表的示数分别为 2.0 A 和 15.0 V。求这台电动机正常运 转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
阻元件
其他形式能的用电器
欧姆定律 服从欧姆定律 不服从欧姆定律
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纯电阻电路
非纯电阻电路
电流做功全部 电流做功除转化为内能外还要转 能量转化
转化为电热 化为其他形式的能
电阻、电炉、白
元件举例
电动机、电解槽等
炽灯等
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2．电功与电热的区别与联系 (1)纯电阻电路 W＝Q＝UIt＝I2Rt＝UR2t； P 电＝P 热＝UI＝I2R＝UR2。 (2)非纯电阻电路 电功 W＝UIt，电热 Q＝I2Rt，W＞Q； 电功率 P 电＝UI，热功率 P 热＝I2R，P 电＞P 热。
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思路点拨：(1)电动机停止转动，电路为纯电阻电路。 (2)电动机正常运转，电路为非纯电阻电路。
人教版(2019)必修第三册第十二章第1节电路中的能量转化课件
焦耳定律
1．焦耳定律
(1)内容:电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的 电阻 R 和通电时间 t 成正比
(2)表达式: Q=I2Rt
(3)适用条件:Q=I2Rt是电热的定义式，可求任何电路中电流通 过电阻R时产生的热量（电热）
想一想
消耗电能和产生热 量相等吗？
电功 焦耳定律
电功和热量
含有电阻外，还包含有电动机，电解槽等的电路。
电热水器生成的热量 通过电热水器的电流大小为I，加热管 的电阻大小为R，电热水器通电时间为t， 推导电热水器产生的热量表达式。
电流通过电热水器中的电热元件做功时，电能全 部转化为导体的内能；即电流在这段电路中的功W
等于这段电路中产生的热量Q，所以：
焦耳定律
答案 35 W 1 W 解析 排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为
I＝UP＝23260 A≈0.16 A. 发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W. 转化为机械能的功率为 P机＝P－P热＝(36－1) W＝35 W.
(2)扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.
电流所做的总功 电吹风机消耗的总电能
只是电能转化为内能的 那部分能量
像吹风机这样包含 电能 电动机的用电器
内能 机械能
消耗电能大于产生热量 电功率大于热功率
实验
电流表 电压表
想一想
1.观察电动机转动和不转动两种情况下，电压表示 数相同时，电流大小关系。 2.分析说明电动机在转动和不转动两种情形下的电 功率和热功率关系。
区别：反映电流做功快慢不同
电功率
2．电功率
电功和电功率
（1）定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫做电功率
电路中的能量转化课件-高二物理人教版(2019)必修第三册
1. 电路中的能量转化
情境导入
小明在家陪妹妹玩耍时，发现了一个有趣的现象： 妹妹的机器人玩具（如图）正常行走时，可以发出 唱歌的声音，但是当机器人卡在某个角落时，唱歌 的声音也随之断断续续，好像电池没电了一样。你 能帮小明解释这个现象吗？
一、电功和电功率
☆导入新课
电能的使用在我们日常生活中无处不在，日光 灯将电能转变为光能，电动机将电能转化成机 械能，电饭煲将电能转化为内能······我们已 经学过能量的转化是通过做功的方式实现的。 想一想：电能向其他能的转化是通过什么做功 实现的？
这个实验使焦耳想到了机械功与热的联系，经过反复的实验、测量，焦 耳测出了热功当量，即1千卡的热量相当于460千克·米的功。焦耳准确地测定 了热功当量，进一步证明了能的转化和守恒定律是客观真理。这一定律的确 定，宣告了制造“永动机”的幻想彻底破灭。
控制变 2R R 量思想
阻值为2R的电阻丝使温度计升高的温度是阻值为R的电阻丝的两倍
说明：时间和电流相同的情况下，电流产生的热量与电阻成正比
二、焦耳定律
2、将阻值均为R的两电阻丝连接在两个电路
中，使通过电阻丝的电流分别为2I 和 I，一
段时间后，观察温度计的示数，你能发现什
么现象？说明什么规律？ R 2I
UI I 2R P其它
三、电路中的能量转化
☆巩固提升
【例3】某一用直流电动机提升重物的装置如图所示，
U
重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计
v
各处摩擦，当电动机以v =0.90m/s的恒定速度向上提升
重物时，电路中电流强度 I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m/s2）。
解析：电动机消耗的功率：P电=UI=110×5W=550W； 电动机的输出功率（机械功率）：P机=mgv=50×10×0.9W=450W， 因为P电=P机+P热，转化为内能的功率：P热=P电-P机=550W-450W=100W， 又P热=I2R，代入数据解得电动机线圈的电阻：R=4Ω。
物理人教版(2019)必修第三册12.1电路中的能量转化(共21张ppt)
. = 2
. =
2
. =
. =
CD
）
三 电路中的能量转化
电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。
1.电动机把电能转化为机械能
2.电解槽把电能转化为化学能
3.电热器把电能转化为内能
练一练：
例3：一个电动机，线圈电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，
电热
＝2��
＝＋其他
小结：
1．电功
电功率
=
＝
2．电热
＝2（焦耳定律）
电热功率 ＝2
3．纯电阻电路及非纯电阻电路中电功和电热的关系
电功W＝
电热＝2
＝＋其他
练一练：
1.试根据串、并联电路的电流、电压特点 推导：串联电路和并联电路各
导体消耗的电功 率与它们的电阻有什么关系？
12.1 电路中的能量转化
目录
CONTENTS
1
电功和电功率
2
焦耳定律和热功率
3
电路中的能量转化
新课导入
提问：电能转换成其他形式的能是如何实现的？
通过电场力做功的形式实现的做功是能量转化的量度。
一 电功和电功率
如图一段电路两端的电压为，通过的电流为，在时间内通过这段
电路任一横截的电荷量
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
其他形式的能的用电器
电流、电压、
电阻的关系
符合欧姆定律
=
不符合欧姆定律
＞
能量转化形式
电流做功全部转化为内能
可应用的公式
12.1 电路中的能量转化(课件)高中物理(人教版2019必修第三册)
焦耳（James Prescott Joule， 1818—1889），英国物理学家。用 近 40 年的时间做了 400 多次实验， 研究热和功的关系。通过大量的实 验，于 1840 年最先精确地确定了 电流产生的热量与电流、电阻和通 电时间的关系。
答案：6.5×104 J
【例3】微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 Ω，当加在它两端的 电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作。求： （1）它的额定输入功率多大？ （2）工作时由导线发热损失的功率多大？ （3）它的最大输出功率多大？
解析：电动机正常工作时是非纯电阻电路 （1）额定输入功率
电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢?
理论探究：
设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t 内电流通过此电阻产生的热量Q。
据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为：U=IR 在时间t内电场力对电阻元件所做的功为：W=IUt=I2Rt 由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q 所以产生的热量为：Q=I2Rt
（3）国际制单位：焦耳，简称焦，符号是 J。 常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是 kW·h。 1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J
(4)实质:导体中的恒定电场对自由电荷 的_静__电__力__在做功。 (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,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。
P额＝UI＝2×0.8 W＝1.6 W （2）电动机发热功率
P热＝I2R＝(0.8)2×1 W＝0.64 W （3）根据能的转化与守恒，电动机的最大输出功率
人教版(2019)必修第三册第十二章第1节电路中的能量转化(上课用课件)
电功率和热功率的 关系 欧姆定律是否成立
P＝P热，即IU＝I2R＝UR2 U＝IR I＝UR 成立
W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他
P＝P热＋P其他 即IU＝I2R＋P其他 U＞IR I＜UR 不成立
电功和电热的比较
项目
电功
电热
电功实质是静电 电热是由于电流的热效
电功与电
力移动电荷做的 应，电流通过导体发热，
点评精讲
1.W＝UIt是电功的计算式，P电＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路. Q＝I2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时 间内产生的热量，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热 功率.
2.只有在纯电阻电路中才有W＝Q，P电＝P热，而在非纯电阻电路中W＞ Q，P电＞P热. 3.在纯电阻电路中，由UIt＝I2Rt得I＝U ，即欧姆定律成立；在非纯电阻
例1 规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接220 V的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率； (2)扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.
（1） 35 W 1 W （2） 1 210 W 1 210 W
一、电功和电功率
1.电功
(1)电功是指电路中力对定向移动的电荷所做的功
辨析用电器的额定电压、额定功率、实际功率。
额定电压：表示用电器正常工作时的电压． 额定功率：是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用 电器加上额定电压时消耗的功率，例“220 V、25 W”的白 炽灯． 实际功率：用电器在工作中实际消耗的电功率．
若用电器在额定电压下工作，则P实＝P额，若用电器工作电 压不等于额定电压，则P实≠P额．
(3)电动机的效率.
12.1 电路中的能量转化课件-人教版(2019)必修第三册(共25张PPT)
环节三：电路中的能量转化
2.一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V 的电压后，消耗功率 为88 W。
(2)电风扇正常工作时电能转化为机械能的功率是多少？转化为 内能的功率是多少？电动机的效率是多少？
P机=P-I2R=88 W-0.42×20 W=84.8 W， P内=I2R=0.42×20 W=3.2 W， η=PP机×100%=8848.8×100%=96.4%。
环节三：电路中的能量转化
用手机充电器给手机充电的过程中，都发生了哪些能量转化？
电能转化为化学能和内能。
课堂练习
A
环节三：电路中的能量转化
2.一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V 的电压后，消耗功率 为88 W。
(1)电风扇正常工作时，通过电动机的电流是多少？ I=UP=28280 A=0.4 A。
环节三：电路中的能量转化
【演示实验1】给如图所示的电动机的内部线圈通电，使其正 常工作。电流通过电动机时电能转化为什么能？
电能转化为机械能和线圈的内能。
环节三：电路中的能量转化
【演示实验2】 (1)按如图所示的电路连接实物，调 节电源电压为U。 (2)闭合开关，使小灯泡和小电动机 工作，记录电表的示数。 (3)将小电动机的轴按住，使小电动 机不转动，观察小灯泡的发光情况，并记录电表的示数。
环节三：电路中的能量转化
(1)实验步骤(2)(3)中，电路中的电能转化为什么能？ 实验步骤(2)中能量的转化关系：E电源=Q电阻箱+Q灯+E机械能+ Q电动机。 实验步骤(3)中能量的转化关系：E电源=Q电阻箱+Q灯+Q电动机。
环节三：电路中的能量转化
(2)根据实验数据，计算实验步骤(2)中的下列物理量： ①电路的总功率P总是多少？ 设实验步骤(2)中电压表的示数为UV1，电流表的示数为IA1，电 阻箱的示数为R；实验步骤(3)中电压表的示数为UV2，电流表的示数 为IA2。则有： 电路的总功率P总=UIA1。
人教版2019高中物理必修第三册 电路中的能量转化
2、某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒
定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，
电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m/s2）。
P电= P热+ P机
U=110V
其中机械功率：P机=mgv=50×10×0.9=450瓦
C．E=16J
D．E=3J
解析：
根据W=qU=E， U = = = =4V，
又因为I= ，可知 I′=2I ，又由欧姆定律U=IR得出：
U′=2U=2×4V=8V
根据W=qU，又因为W=E有：
E=q′U′=4C×8V=32J
二、焦耳定律
1、电热
焦耳定律
Q=I2Rt
通过电热水器的电流大小为I，加热管
1、电热
焦耳定律
Q=I2Rt
焦耳定律最初是实验发现的
在理论推导焦耳定律时，电功全部转化为电热，即：
W=Q ； 但是实际中，有些电路电能不一定全部转化为电
热。若只求电热时，例如，要计算电流通过某一电路时
放出热量的多少，都可以使用焦耳定律。
焦耳
它适用于任何导体，范围很广，所有的电路都能使用。
二、焦耳定律
电功率： P电=UI=110×5=550瓦
∴P热=P电-P机=550-450=100瓦
∵P热=I2R=100瓦
∴R=4Ω
电动机线圈的电阻为4Ω。
v
3、规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，
(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；
物理人教版(2019)必修第三册12.1电路中的能量转化(共16张ppt)
电动机线圈上消耗的热功率为P热＝I2r＝1 W。
课堂检测
(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ 答案 5 W 4 W
第 11 页
电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率， 即P入＝UI＝5×1 W＝5 W 电动机的输出功率就是电动机对外做功的功率，根据P入＝P出＋P热得 P出＝P入－P热＝5 W－1 W＝4 W。
Q ＞ I2Rt 热功率：P热=I2R
W-Q
I U R
P U2 R
其它形式功率：P其它=UI-I2R
知识讲解
纯电阻
热水器
第7页
烤箱
电烙铁
电热毯
白炽灯
知识讲解
非纯电阻
电风扇
电吹风
无人机 电脑
第8页
破壁机 电冰箱
知识讲解
电动机（非纯电阻元件）的“三个功率和效率”
(1)输入功率：电动机消耗的总功率 P入＝UI (2)热功率： 线圈上电阻的发热功率 P热＝I2r (3)输出功率：电动机将电能转化为机械能的功率，也称机械功率
第十二章 电能 能量守恒定律
12.1 电路中的能量转化
人教版（2019）高中物理（必修第三册）
课堂导入
第2页
现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、 电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量 是通过什么途径转化的吗?
通过电流做功来实现，即导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。
P出＝P入-P热=IU－I2r (4)电动机的效率：
注意：当电动机的转子被卡住时，就变成了纯电阻。
第9页
课堂检测
第 10 页
例题：如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1 Ω， 电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。忽略一切 摩擦，求： (1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
物理人教版(2019)必修第三册12.1电路中的能量转化(共18张ppt).ppt
结论：并联电路的功率分配与阻值成反比
试一试
一台单电击动机此，处线圈编的电辑阻母是0版.4 Ω标，当题它样两端式所加的电压为220 V 时，
通过• 单的击电此流处是编5 A辑。母这版台文电本动样机式发热的功率与对外做功的功率各是多少？ 由焦耳• 定二•律级三可级知，电动机发热的功率为
• 四级
P• 热五＝级 I2R ＝ 52×0.4 W ＝ 10 W
U
U2
R2 R1 R2
U
并联分压
P1
R1 R1 R2
P
P2
R2 R1 R2
P
U1
U2
U
P=P1+P2
结论：串联电路的功率分配与阻值成正比
06 并联电路的功率
P U2 R
I1
R2 R1 R2
I
I2
R1 R1 R2
I
P1
R2 R1 R2
P
P2
R1 R1 R2
P
I1
R1
I
I2 R2
U
P=P1+P2
2
新课导入
电热单水壶击通此电时处，编电能辑转母化为版内能标题样式
电动• 机单通击电此时处，编电辑能母转版化文为本机样械式能 电池充•电二时级，电能转化为化学能
• 三级
• 四级
那么，你知道电• 五能级转化为其他形式的能，是通过什么做功来实现的吗？
2024/11/19
3
01 电功和电功率
思考单：如击何此计算处电编流做辑的母功呢版？ 标题样式
焦耳（J） 千瓦时，符号是 kW·h。
1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J
2024/11/19
物理人教版(2019)必修第三册12.1电路中的能量转化(共26张ppt)
电热：Q=I2Rt
热功率：P热=I2R
新知学习
电动机问题：
电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能
和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。
作者编号：43999
新知学习
电动机问题：
1．输入功率：电动机的总功率；P总＝UI
2．输出功率：电动机做有用功的功率；
3．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热； P热＝I2r
M
电能
→
内能和其它形式的能
W
IUt
W其+Q
＞
I2Rt
指转化为内能
的那部分电能!
新知学习
纯电阻电路:
I=U/R
R
电功 = 电热: W=IUt = U2t/R =I2Rt =Q
电功率=热功率：P = I U = U2/R = I2R =P热
非纯电阻电路:
I＜U/R
作者编号：43999
M
电功：W= IUt
手机电池充电把电能转化成化学能；
电动机通电时把电能转化为机械能；
电能转化为其它形式的能，是通过
电流做功来实现的。
作者编号：43999
新知学习
1.电能做功的实质：
导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功
作者编号：43999
新知学习
2.电功
图中表示一段电路，电路两
端电压为U，电路中电流大小为I，
电荷从左向右定向移动，则在时
电动机消耗的电功率为
P电＝UI＝220×5 W＝1 100 W
根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为
P机＝P电－ P热＝ 1 100 W － 10 W＝1 090 W
物理人教版(2019)必修第三册12.1电路中的能量转化(共40张ppt)
q It
W qU
W UIt
一、电功和电功率
1.定义:静电力移动电荷所做的功,简称电功。通常也说
成是电流的功。
2.公式: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,即
W = qU= UIt
3.物理意义：电功是电能转化为其他形式的能的量度。
台灯
220
额定功率（W）
70～150
300～800
100～150
800～1200
40～Hale Waihona Puke 0PART 2焦耳定律
电热水壶工作时，把电能转化为内
能，怎样求产生的热量？
最先研究这个问题的是
英国物理学家——焦耳。
1837年，焦耳在父亲的工厂里装配了用电
池驱动的磁电机，并对它进行了多方面的实
验测试.1838年，在父亲的支持下，焦耳在工
12.1电路中的能量转化
复习回顾：
1、什么是多用电表？多用电表能测量哪些物理量？
2、什么是欧姆表？欧姆表的工作原理是什么？
3、欧姆表的表盘为什么不均匀？有什么特点？
4 、什么是中值电阻？中值电阻和欧姆表的内阻有什么关系？
5、 定标公式？
6、欧姆表的使用步骤？
7、二极管的特性？
8、多用电表的内部结构和工作原理？
开始计时，他用鸟羽毛轻轻搅动水，使水温度均匀.从插在水中的
温度计可随时观察到水温的变化，同时，他用电流计测出电流的大
小.焦耳把这种实验做了一次又一次，1840年12月17日，年仅24岁
的焦耳向皇家学会递交了“关于伏打电产生的热”的论文，详细描
述了他的实验装置、实验过程，以及通过精确测量所得到的发现：
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电路中的能量转化如图 12.1-3 ，当电动机接上电源后，会带动风扇转动，这里涉及哪些功率？功率间的关系又如何？【例题】一台电动机，线圈的电阻是0.4 Ω，当它两端所加的电压为220V 时，通过的电流是5A。
这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少？分析本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率 P 电、电动机发热的功率 P 热和对外做功转化为机械能的功率 P 机。
三者之间遵从能量守恒定律，即 P 电＝ P机＋ P热解由焦耳定律可知，电动机发热的功率为 P热＝I2R＝52×0.4W＝10W电动机消耗的电功率为 P电＝ UI＝ 220× 5W＝ 1100W 根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为 P机＝ P电－ P热＝ 1100W －10W ＝1090W 这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为 1090W 。
练习与应用1.试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？2.电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态。
图 12.1-4 是电饭锅的电路图， R1是电阻， R2是加热用的电阻丝。
（ 1）自动开关 S接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状在保态？说明理由。
（2 ）要使电饭锅温状态下的功率是加热状态的一半， R1R2 应该是多少？3.四个定值电阻连成图 12.1-5 所示的电路。
RA 、 RC 的规格为 “ 10V4W ”，RB 、RD 的规格为“ 10V2W ”。
请按消耗功率大小的顺序 排列这四个定值电阻，并说明理由。
4.如图 12.1-6 ，输电线路两端的电压 U 为 220V ，每条输电线的电阻 R 为 5Ω，电热水器 A 的电阻 RA 为 30 Ω。
求电热水器 A 上的电压和它消耗的功率。
如果再并联一个电阻 RB 为 40Ω的电热水壶B ，则 电热水器 和电热水壶消耗的功率各是多少？闭合电路的欧姆定律练习与应用1.某个电动势为 E 的电源工作时，电流为 I ，乘积 EI 的单位是什么？从电动势的意义来考虑， EI 表示 什么？ 2.小张买了一只袖珍手电筒， 里面有两节干电池。
他取出手电筒中的小灯泡， 看到上面标有“ 2.2V0.25A ” 的字样。
小张认为，产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。
由此，他 推算出了每节干电池的内阻。
如果小张的判断是正确的，那么内阻是多少？ 提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和，内阻等于各个电池的内阻之和。
3.许多人造地球卫星都用太阳电池供电（图 12.2-7 ）。
太阳电池由许多片电池板组成。
某电池板不接 负载时的电压是 600μV ，短路电流是 30 μA 。
这块电池板的内阻是多少？ 4.电源的电动势为 4.5V 、外电阻为 4.0Ω时，路端电压为 4.0V 。
如果在外电 路并联一个 6.0Ω的电阻，路端电压是多少？如果 6.0Ω的电阻串联在外电 路中，路端电压又是多少？ 5.现有电动势为 1.5V 、内阻为 1.0Ω的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为 6.0V 、工作电流为 0.1A 的用电器供电。
问：最少需要用几节这种电池？电路还需要一个定值电阻来 分压，请计算这个电阻的阻值。
6.图 12.2-8 是汽车蓄电池供电简化电路图。
当汽车启动S 闭合，电动机工作，车变暗；当汽车启动之后，启动开关 S 断开，电动机停止工作，车灯恢复正常亮度。
请分析以上现象 发生的原因。
7.充电宝内部的主要部件是锂电池， 充电宝中的锂电池在充电后， 就是一个电源， 可以给手机充电。
充电宝的铭牌通常标注的是“ mA ·h ”（毫安时）的数量，即锂电池充满电后全部放电的电荷量。
机场 规定：严禁携带额定能量超过 160W ·h 的充电宝搭乘飞机。
某同学查看了自己的充电宝铭牌， 上面写 着“10000mA ·h ”和3“.7V ”，你认为能否把它带上飞机？实验：电池电动势和内阻的测量练习与应用1.某同学按图 12.3- 1的电路测量蓄电池的电动势和内阻。
他调整滑动变阻器共测得 5组电流和电压的数据，如表 1。
请作出蓄电池路端电压 U 随电流 I 变化的 U- I 图像，根据 U- I 图像得出蓄电池的电动势和内阻的测量值。
表1蓄电池路端电压、电流的各组数据 2.某同学按图 12.3- 1的电路测定电池组的电动势和内阻。
图 12.3- 6已将实验器材进行了部分连接。
（ 1）请根据实验原理，将图中的实物电路补充完整。
（ 2）实验时发现电流表坏了，于是移去电流表，同时用电阻箱替换滑动变阻器。
重新连接电路，仍然通过 U-I 图像处理实验数据，获得所测电动势和内阻的值。
请画出相应的电路图，并说明怎样得到 U- I图像中电流 I的数据。
3. 某 中学生 课外科技 活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的橙子制作了橙汁电池，他们请作出本实验的 U- I 图像（U 为电阻箱两端的电压， 橙汁电池的电动势和内阻？能源与可持续发展把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。
是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而 鸡蛋的温度上升？用如图 12.3- 7所示的实验电路测量这种电池的电动势4. 12.3 -8所示的玻璃器皿中盛有橙汁，在橙汁中相隔 正极和负极。
图中电流表的内阻为 100 Ω，量程为 0? 图12.3- 8连接电路后， 调节电阻箱 R 的阻值， 得到的测 量数据如表 2所定距离插入铜片和锌片作为电池的300μA ；电阻箱阻值的变化范围为 0? 9999Ω。
R/k Ω 9 8 7 6 5 4 3 I/μA92 102 115 131 152 180 220I 为通过电阻箱的电流） ，根据图像得出该练习与应用1.有人说：“既然能量不会凭空产生，也不会凭空消灭，能量在转化和转移的过程中，其总量是保持不变的，那么，我们为什么还要节约能源？”请你用能量转化和转移的方向性来论述节约能源的必要性。
2.生活中的许多用品都可以看作能量转化器，它们把能量从一种形式转化为另一种形式。
请观察你家中的各种生活用品，分别指出它们工作时进行了哪些能量转化。
3.图 12.4-6 是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。
假设站台高度比途中轨道高出 2m ，列车在途中轨道进站前的速度为 29.2km/h 。
1）此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？如果能，到达站台上的速度是多大？g取 10m/s2 。
2）你认为工程师这样设计的意图是什么？34.某地区的风速为 14m/s ，空气的密度为 1.3kg/m 3。
若使风力发电机转动的风通过的截面积为400m2 ，且风能的 20%可转化为电能，则发电功率是多少？5.图 12.4-7 是架在屋顶的太阳能热水器。
已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能3 2 2 量 E0 为 7×103J/（m 2·s）。
一台热水器的聚热面积为 2m2，若每天相当于太阳直射热水器 4h ，太阳能的 20%可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？6.三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。
三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100m ，水的4 3 3流量约为 1.35×104m3/s。
船只通航需要约 3500m 3/s 的流量，其余流量可全部用来发电。
水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有 20%转化为电能。
（ 1）按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？（ 2）根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？复习与提高A组1.一块数码相机的锂电池电动势为3.7V ，容量为1000mA ·h。
电池充满后，关闭液晶屏时可拍摄照片 400张左右，打开液晶屏时可拍摄照片150张左右。
在关闭和打开液晶屏时每拍摄一张照片消耗的电能各是多少？2.使用功率为 2kW 的电加热装置把 2kg的水从 20℃加热到 100℃，用了 10min。
已知水的比热容为 4.2×103J/（kg·℃），那么这个装置的效率是多少？3.LED 灯是一种半导体新型节能灯。
已知某种LED 灯在一定电压范围内的工作电流是型号的20mA ，在不同电压下发出不同颜色的光：当两端电压为 时，发红光； 当两端电压为 3.2V 时，发蓝光。
（1）上述 LED 灯发黄光时消耗的电功率有多大？（ 2）广告牌上 LED 灯数量为 10000个/m 2，那么一块 8m 2的LED 广告牌发红 光时，需要供给的 电功率大约有多少？4.在图 12-1所示的 U- I 图像中，直线 a 为某电源的路端电压与电流的关系，直线 b 为某电阻R的电压与电流的关系。
现用该电源直接与电阻 R 连接成 闭合电路，求此时电源的输出功率和内、外电路消耗的 电功率之比。
5. 如图 12-2，电源电动势为 12V ，内阻为 1Ω，电阻 R 1为1Ω，R 2为 6Ω。
开关闭合后，电动机恰U 为6V ，线圈电阻 R M 为0.5Ω，问：电动机正常工作时产生的1.8V 时，发黄光； 当两端电压为 1.4V好正常工作。
已知电动机额定电压机械功率是多大？6. 如图12-3，照明电路的电压为 220V ，并联了 20盏电阻 R 都是807Ω（正常发光时的电阻）的电灯，两条输电线的电阻 r 都是 1.0Ω。
只开 10盏灯时，整个电路消耗的电功率、输电线上损失的电压和损失的电功率各是多大？ 20盏灯都打开时，情况又 怎样？7. 在图 12- 4甲的电路中， R 1是可变电阻， R 2是定值电阻，电源内阻不计。
实验时调节 R 1的阻 值，得到各组电压表和电流表数据，用这些数据在坐标纸上描点、拟合，作出的 U - I 图像如图 12- 4乙中AB 所示。
（ 1）图12- 4乙中 a 、b 、AB 的斜率各等于多少？（2）结合图12- 4甲， 说明a 、b 、AB 的 斜率各表示什么物理量。
B 组1.在图 12- 5所示的并联电路中，保持通过干路的电流 I 不变，增大 R 1的阻值。
（ 1）R 1和R 2两端的电压U 怎样变化？ 增大还是减小？2） 通 过 R 1和R 2的 电 流I 1和I 2各 怎 样变化？增大还是减小？3）并联电路上消耗的总功率怎样变化？增大还是减小？2.小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。