焦耳定律-电路中的能量转化(教科版
高中物理《电路中的能量转化》教学设计
《电路中的能量转化》教学设计学科：物理年级：高二年级【教学内容】这节课涉及到的是电路中的能量是怎样转化的。
用能量守恒定律推导出电功以及电功率的表达式，根据能量守恒定律，推导出焦耳定律和电路中热功率的表达式，通过思考与讨论得到电流在对电动机做功的过程中，有关能量的转化问题，并且通过进一步讨论得到纯电阻电路和非纯电阻电路的区别与联系。
【教材分析】《电路中的能量转化》是普通高中教科书物理必修第三册第十二章第1节内容。
内容安排在静电场和部分电路欧姆定律之后，目的是让学生从电场的角度建立电功和电能的概念，从能量守恒的角度总结“焦耳定律”。
在电场和电路的情境下培养学生的能量观念，所以本节在本章中占有非常重要的位置。
【学情分析】从知识层面来看，学生在初中已经知道电流做功的含义，了解电功率和焦耳热的表达式。
在第十章学习了电场力做功对应电势能的减少量，本节从电场力做功理解电流做功的含义。
电流做功的实质就是恒定电场对电荷做功。
学生在必修二学习了各种能量，知道各种能量间通过力做功的途径实现转化，有助于学生理解电能和其他能量间的转化。
中学生喜欢物理实验探究，对和原有认知不同的现象充满好奇，产生疑问。
对于电动机电能转化的教学可以通过实验测量电压和电流，让学生经历实验认识非纯电阻电路.【教学目标】物理观念：通过电功和焦耳定律公式的推导，理解电功和电热的区别和联系，理解并会计算电功率和热功率；科学思维：通过能量守恒的思想，推出焦耳定律；科学探究：体会科学探究的过程,培养他们严谨的科学态度；科学态度和责任：引导学生珍惜能源，培养社会责任意识。
【教学方法】讲授法、启发式、分组讨论【教学重点】电功概念的建立和理解【教学难点】对包含电动机的电路中的能量转化的实例分析【教学准备】高中物理必修第三册教材、PPT、教学视频、实验器材、自制器材等）【教学过程】电功、电功率（一）电功表达式的推导那么电流是通过什么方式做功的呢？原来给导体两端通电，导体中形成了恒定的电场，导体中恒定的电场对自由电荷的静电力做功，自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，结果电荷的电势能减小，其他形式的能增加如图所示，表示一段电路，电荷从左向右定向移动，他们经过这段电路所用的时间记为t，根据以学的知识，在这段时间内，通过这段电路任意横截面的电量为q=It，如果这段电路两端的电势差是u，静电力做的功就是W=qU，由此我们可以推出电功的表达式W=UIt，可求解电路中电流做的总功，使用于所有的电路。
教科版高中物理必修第三册第二章第8节焦耳定律 电路中的能量转化
a
α I0 Im I
3）a的斜率的绝对值表示电源内阻的大 小、b的斜率的绝对值表示接入电路中 外电阻的的大小
4）图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。
当两个斜率的绝对值相等时（即内、外电阻相等）图中矩 形面积最大，即输出功率最大。
九、电动机的功率和效率
电动机的总功率（输入功率）： P总 UI
EIt I 2Rt I 2rt
EIt I 2rt
EIt I 2Rt I 2rt P其他 t
七、电路中的几种功率和电源效率
1．电源提供的功率（电源功率） P总 EI
2．电源内阻上的热功率
P内 I 2r
3．电源的输出功率（外电路得到的功率）
P输出 P总 P内=EI I 2r
R
（Ⅰ）理论推导
S
Er
P输出
I 2R
E2 (R r)2
R
E2R (R r)2 4Rr
E2 (R r)2
4r
R
（Ⅱ2）.输出功率随外电阻 R 的变化关系
电源的输出功率：P
出＝
UI＝
RR＋E2r2＝
E2 R－R r2＋4r.
由上式可以看出：
(1)当 R＝r 时，电源的输出功率最大 Pm＝E4r2.
收音机、电视机也要考虑 散热，所以在机壳上都有散热 孔。
探讨几个用电器的能量转化情况
1.电流流过电炉
→电能转化为热能
2.电流流过充电电池
→电能转化为化学能和热能
3.电流流过电风扇
→电能转化为机械能和热能
六、电路中的能量转化
1．电源内部：其他形式的能转化为电能．同时，电源 本身也有一定的电阻．电流流过时电源也会发热，消耗一部 分电能．
焦耳定律+电路中的能量转化(教科版选修3-1)
(5)P出与R的关系如图所示．
P输出 3．电源的效率：η＝ × 100% P总 (1)对于一般电路来说 P输出 U端 I U端 η ＝ ×100% ＝ × 100% ＝ × 100% EI E P总
(2)对于纯电阻电路来说 P输出 I2R R η＝ ×100% ＝ 2 ×100%＝ ×100% P总 I （R＋r） R＋r
U1 解析：选 A．电动机未转时，可求电动机内阻 r＝ ，电动 I1 机转动时，根据能量关系得 I2U2＝ P 出＋ I2 2r，故 P 出 ＝ I2U2－
2 U1 I2 ， A I1
对．
1.几种功率及相互关系 物理量 内容 普适表达式 电源的内耗 功率P内 P内＝I2r P内＝I2r 电源输出功 率P外
解析：由 E＝ U 外＋ U 内， U 内＝ E－ U 外＝ (10－ 8) V＝ 2 V， U U内 2 ＝ A＝ 10 A，电源的输出功率 P 出＝ IE 内 ＝ Ir，所以 I＝ 0.2 r － I2r＝ (10× 10－102×0.2) W＝ 80 W.
U－I图像在闭合电路功率中的应用 [范例] (14分) 如图所示，线段A为某电源的U－I图线,线段B为 某电阻R的U－I图线，由上述电源和电阻组成闭合电路时,求:
(3)车头两个远程车灯的铭牌上标有“12 V、12 W”字样，
若两灯并联接在蓄电池两端，求此时蓄电池输出功率与总功 率之比． [关键提醒] 解答本题应注意以下几点： (1)利用坐标(30 A，360 W)的意义分析求解． (2)由车灯铭牌标有的字样可求车灯的电阻．
[解析] P 360 (1)由 P＝IE 得 E＝ ＝ V＝12 V I 30
则 P 出＝ I2R＝ 4 W， (2 分 )P 内＝ I2r＝ 2 W， (2 分 ) P出 P 总 ＝ IE＝6 W， (2 分 )所以η ＝ ＝ 66.7%.(2 分 ) P总
焦耳定律、电路中的能量转化ppt 教科版
公式P=IU对于纯 电阻电路和非纯 电阻电路都适用 无论是纯电阻电 路还是非纯电阻 电路，都用P=I2R 计算热功率
根据能量守恒， 电动机的输出功 率等于输入功率 减去发热功率
第二章
直流电路
解析：电动机正常工作时是非纯电阻电路
(1)额定输入功率
P额＝UI＝2×0.8 W＝1.6 W
(2)电动机发热功率
第二章
直流电路
例3．一电源与电阻R组成串联电路，
电源的路端电压 U 随电流的变化图
线及外电阻的 U－I图线分别如右图 由图线可 以求出外 电阻阻值
所示，求：
(3)电源的输出功率． 解析：(3)由图象知R＝3 Ω. 故P出＝I2R＝3 W. 答案：(1)4 V,1 Ω (2)3 V (3)3 W
第二章
直流电路
第二章
直流电路
2．不考虑温度对电阻的影响，对一个“220 V 的灯泡，下列说法正确的是( )
第二章
直流电路
一、电功和电功率 1．电功．
(1)电功的定义：电场力对电荷做的功，叫做电功．
(2)电功的表达式：W＝qU＝UIt.
即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电
流和通电时间的乘积．
(3)单位：焦耳，符号为J.
第二章
直流电路
第二章
直流电路
例1.一根电阻丝，通过2 C电荷量所消
线及外电阻的 U－I图线分别如右图
图线斜率 的绝对值 为内电阻
所示，求：
(1)电源的电动势和内阻； 图线交点 坐标即为 工作电流 和电压
(2)电源的路端电压；
(3)电源的输出功率．
横坐标为 短路电流
第二章
直流电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
焦耳定律电路中的能量转化课件高二上学期物理教科版
(4)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能．
2．热功率．
(1)定义： 电流通过导体发热的功率．热功率也是电能转化为内能的功率.
(2)表达式
P热
Q t
I 2R
（热功率普适公式)
生活应用： 电流的热效应在实际生产生活中有广泛的应用。
电饭煲
电熨斗
你还能举例吗？
电热水器
电暖气
交流讨论： 电路中消耗的电功率一定等于热功率吗？
电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢? 电流在这段电路中做的功W等于这段电路产生的热量Q， 即Q=W=IUt
由欧姆定律 U=IR，得热量Q的表达式 Q＝I2Rt
二、焦耳定律 热功率
1．焦耳定律． (1)内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成 正比，跟通电时间成正比．
(2)表达式：Q＝I2Rt （电热普适公式) (3)适用范围：Q＝I2Rt可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热)．
交流讨论： 为什么用电器通电后会发热呢？
电烙铁
电熨斗
在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化
为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速
运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能
传给离子，使离子热运动加剧，将电能全部转化为内能。
取暖器通电后，取暖器丝热得发红，而与取暖器丝相连的 导线却不怎么热，为什么？ 因为，取暖器丝，电阻非常大。
(2) 表达式：W＝qU＝UIt
电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流 I 、电路两端的电压U、 通电时间 t 三者的乘积． (3)电功的作用： 电功是电能转化为其他形式能的量度. (4)电功的单位： 焦耳(J) 千瓦时(kW·h)
高中物理第二章7第6节焦耳定律电路中的能量转化教科
或
U I<R
电流做功除转化为内
能量 电流做功全部转化为
能外还要转化为其他
转化
内能
形式的能
12/10/2021
第十七页，共四十七页。
元件 举例 功能 关系 直观图
纯电阻电路 电阻、电炉丝等
非纯电阻电路 电动机、电解槽等
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第十八页，共四十七页。
2.电功和电热的理解
电功
电热
电功与 电热的 比较
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第三十四页，共四十七页。
[审题突破] 解答本题应注意以下几点： (1)利用坐标(30 A，360 W)的意义分析求解． (2)由车灯铭牌标有的字样可求车灯的电阻．
12/10/2021
第三十五页，共四十七页。
[解析] (1)由 P＝IE 得 E＝PI ＝33600 V＝12 V 又由 P＝I2r＋P 出和 P 出＝0 得 r＝IP2＝336002 Ω＝0.4 Ω. (2)当 R＝r 时，输出功率最大 Pm＝E4r2＝41×202.4 W＝90 W. (3)由车灯铭牌知，车灯内阻 R＝UP2＝11222 Ω＝12 Ω 若两灯并联，则 R 并＝12R＝6 Ω 此时PP出总＝IIUE＝R并R＋并 r＝6＋60.4≈0.94. [答案] (1)12 V 0.4 Ω (2)90 W (3)0.94
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第十三页，共四十七页。
对于 D 电路，若变阻器的有效电阻等于 A、B 的并联电阻，则 UA＝UB＝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(IA－IB)×110， 而 D 电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110，所以 C 电路消耗电功 率最小． [答案] C
教科版高中物理必修第三册精品课件 第二章 电路及其应用 8 焦耳定律 电路中的能量转化 9 家庭电路
(3)当外电路为纯电阻电路时,外电阻R越大,电源的总功率一定越大。( × )
提示 当外电路为纯电阻电路时,外电阻R越大,电源的总功率越小。
合格考试 练一练
(多选)如图所示,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,下列说法正确的是(
)
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
答案 BC
解析 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
重难探究•能力素养全提升
探究一
串、并联电路中的电功率的分析与计算
情境探究
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?
要点提示 通电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导线的电阻要大得多。由焦耳定律Q=I2Rt知
带电体时,应该使带电体的电压在 安全
电压范围内。
(2)如果发生触电事故,应首先切断电源开关,使触电者脱离电源后再进行
抢救。
(3)应避免电流过载,及时更换老旧设备和
过热而发生火灾。
(4)雷雨天应注意防雷击。
有破损
的电线,防止电线
2.日常安全用电的几个问题:
(1)安全电压:其中36 V是一般情况下使用的标准;特别恶劣的情况,如在金
IU +
I2r 。
(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
焦耳定律 电路中的能量转化ppt课件
W-Q
I U R
P U2 R
其它形式功率：P其它=UI-I2R
2.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
电路中除电阻外，还包括能把电
电路中只有电阻元件，如
元件特点
能转化为其他形式的能的用电器，
电阻、电炉丝、小灯泡
如电动机、电解槽
欧姆定律
适用，I＝UR
不适用，I<UR
电能全部转化为内能： 能量 转化
=
Q=I2Rt
电功率 = 热功率：P =P热 = UI
= I2R
U2 R
I U R
（2）非纯电阻电路：电能部分转化为内能，同时还转化为其它形 式的能量。例如：电动机、电解槽、电风扇等 。
电能 W UIt 电功率：P=UI
M → 内能 + 其它形式的能
注意：欧姆定 律不适用于非
纯电阻！
Q ＞ I2Rt 热功率：P热=I2R
（5）额定功率和实际功率
①额定功率：用电器长期正常工作时的_最__大__功___率____，也就是用电 器工作在额定电压下的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定 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。
电流通过电路做功时，电能会转化为哪种形式的能量，要看电 路中有哪种类型的用电器。
②发热功率：线圈上电阻的发热功率
P热＝I 2r
③输出功率：即机械功率
三者关系为：UI＝I 2r＋P机
P出= P机＝UI－I 2r
（2）电动机的效率 P出 100%
P入
典例分析
(1)电功率越大，表示电流做功越多。( × ) (2)由公式P＝Wt 可知，时间越短，功率越大。( × )
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。
焦耳定律、电路中的能量转化ppt 教科版1
电源的功率最大时，其效率只有50℅
(4)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电 阻R1和R2，且R1· R2＝r2. (5)P输出与R的关系如图所示．
五、闭合电路的U-I图象
E U0
b U N
1）右图中a为闭合电路的U-I图象，b为 部分电路(外电阻)的U-I图象 2）两者的交点坐标表示该电阻接入电 路时的路端电压与电流.
例3.A灯与B灯电阻相同，当变阻器滑片向下移动时， 对两灯明暗程度的变化判断正确的是( B ) A、A、B灯都变亮 B B、A、B灯都变暗 A C、A灯变亮，B灯变暗 E、r R D、A灯变暗，B灯变亮
s R1 R 解析：由电路图可知，灯泡A与灯泡B、滑动变阻器R、R1组成的电路并联， 且B与R为并联； 当滑片向下滑动时，滑动变阻器的阻值变小，那它与A灯并联的等效电阻 变小，电路的总电阻都会变小，所以总电流变大；根据欧姆定律可知，总电 流变大时，内阻分压变大，外电压变小，所以灯泡A两端的电压减小，A灯变 暗； 因为总电流是变大的，所以右边电路的分流变大了，通过R1上的电流变大， 分压也就增加了； 因为外电压是变小的，所以B灯和滑阻上的电压就变小了，B灯泡变暗． 故选B．
第二章 直流电路
2.6 焦耳定律 电路中的能量转化
探讨几个用电器的能量转化情况
a、电流流过电炉
→电能转化为热能
b、电流流过充电电池
→电能转化为化学能和热能
c、电流流过电风扇
→电能转化为机械能和热能
一、电路中的能量转化
1 ．电源内部：其他形式的能转化为电能．同时，电源 本身也有一定的电阻．电流流过时电源也会发热，消耗一部 分电能． 2 ．外电路：通过电场力做功，将电源输出的电能转化 为其他形式的能量． 3 ．物理意义：在纯电阻电路中，电源把其他形式的能 量转化为电能的功率 EI ，等于电源输出功率 UI 与电源内电 路的热功率I2r 之和，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． 4．闭合电路中的能量转化 电源提供电能 外电路消耗的能量
焦耳定律电路中的能量转化教案(教科版选修31)
6 焦耳定律电路中的能量转化(教师用书独具)●课标要求1.知道焦耳定律．2.了解焦耳定律在生活和生产中的应用．●课标解读1.了解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能．2.理解电功、电功率的概念、公式、物理意义．了解实际功率和额定功率．3.理解焦耳定律，会依据焦耳定律计算用电器产生的电热．了解电功和电热的关系．了解公式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q＝U2t/R(P＝U2/R)的适用条件．4.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系，电功大于电热．能运用能量转化与守恒的观点解决简洁的含电动机的非纯电阻电路问题．●教学地位本节学问是本章的重点，也是难点，其中电路中的功率问题分析也是高考命题的热点．(教师用书独具)●课导入建议日常生活中，我们常常要用到各种家用电器，例如用电熨斗熨衣服、用电热器烧水、取暖、用电风扇乘凉等．那么电热器烧水时是电能转化为哪种形式的能？电风扇乘凉时又是电能转化为哪种形式的能？能量转化过程中又有什么规律呢？带着这些问题，进入今日的学习．●教学流程设计课前预习安排：1．看教材2.填写【课前自主导学】(同学之间可进展争论) 步骤1：导入课，本节教学地位分析步骤2：教师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1 外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)步骤7：师生互动完成“探究3”(方式同完成“探究1”一样) 步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”一样)步骤5：让学生完成【迁移应用】检查完成状况并点评步骤4：教师通过例题讲解电功能和电热的区分步骤8：完成“探究4”(重在讲解规律方法技巧) 步骤9：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习状况步骤10：先由学生自己总结本节的主要学问，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能．解电功、电功率的概念、公式、物理意义．了解实际功率和额定功率．解焦耳定律，会依据焦耳定律计算用电器产生的电热．了解电功和电热的关系．了式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q＝U2t/R(P＝U2/R)的适用条件．道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系，电功大于电热．能运用能量转守恒的观点解决简洁的含电动机的非纯电阻电路问题. 1.电功的计算．(重点) 2.电热的计算．(重点)3.电流做功表达式的推导．(重点)4.电流做功表达式的推导．(难点)5.纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化过程中区分．(难点)1. 根本学问(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 ＝ I U .④单位：瓦特，符号W. 2．思考推断(1) 功率是 1 千瓦的空调正常工作一小时所消耗的电功是1 J ．(×)(2) 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．(√)(3) 用电器的电功率越大，电流做功越多．(×)3．探究沟通留意一下家里用电器的铭牌，假设电视机的铭牌上写着“100 W ”，计算一下，电视机多长时间能用一度电？【提示】 依据电功与电功率的关系可以计算，电视机10 个小时会用掉一度电.1. 根本学问(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．电功 电功率焦耳定律 热功率电路中的能量转化R R).＝qU ＝UIt ＝I 2Rt ＝U 2 U 2②公式：P Q ＝ ＝I 2R .热 t2. 思考推断(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) 依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一样的．(×)(3) 在非纯电阻的电路中 UI ＜I 2R .(×)3．探究沟通为什么说欧姆定律只适用于纯电阻电路？在非纯电阻电路中 U 、I 、R 三者之间又有怎样的关系呢？【提示】 这是由于在纯电阻电路中，通过电流做功电能被全部转化成了内能，即此时 电功等于电热，也就是UIt ＝I 2R t ，可见此时欧姆定律I ＝U 成立；而在非纯电阻电路中电功大于电热，即 UIt ＞I 2Rt ，所以此时 U 、I 、R 三者之间的关系为 U ＞IR (I ＜U1. 根本学问(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：通过电流做功将一局部电能转化为内阻的内能，即P＝I 2r .内(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 ＋P ，即 EI ＝I 2r ＋UI ，进一步化简内外可得 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．2. 思考推断(1)电动机是非纯电阻用电器，所以在任何状况下，都不能将电能全部转化为内能．(×) (2)在使用电源时，确定不行以让电源短路，以免造成电源的损坏，甚至引起火灾．(√)3. 探究沟通同学们想一下，以下几个组合在纯电阻电路和非纯电阻电路中分别表示什么意义？ U 2 (1) qU (2)UIt (3)I 2Rt (4) Rt【提示】 在纯电阻电路中以上几个公式既可以求电功，也可以求电热，即此时W ＝Q R t .而在非纯电阻电路中求电功只能用(1)(2)，求电热只能用(3)， R t既不＝R W＝＝I Rt <R能求电功也不能求电热.【问题导思】1.电动机和电炉分别接入电路中，都能用欧姆定律计算电流吗？2.电冰箱工作时，电能全部转化为内能吗？3.电功和电热在什么状况下是相等的？1.两种电路的比较两种电路内容元件特点欧姆定律能量转化元件举例纯电阻电路电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能听从欧姆定律IU电流做功电能全部转化为电热电阻、电炉丝、白炽灯等2.电功与电热纯电阻电路UIt全部――转→化为Q2公式关系―→UIt＝I2Rt 或UI＝I2R U＝IR非纯电阻电路除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的器不听从欧姆定律：U>IR 或IU电流做功电能除转化为内能外还要转化为其他的能电动机、电解槽等U2 U2扩展关系―→UIt＝I2Rt＝R ·t 或UI＝I2R＝R非纯电阻电路W＝UIt转――化→为Q＝I2Rt其他形式的能公式关系―→UIt>I2Rt U>IR或UI>I2R不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都用W＝UIt，功率都用P＝UI，热量都用Q＝I2Rt，热功率都用P＝I2R，假设用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路．电功和电热的区分QQ＝1 Ω，电动机的输入电压为 U ＝5 V ，电路中的电流为 I ＝1 A ，物体 A 重 20 N ，不计摩擦力，求：图 2－6－1(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？(2) 电动机输入功率和输出功率各是多少？(3)10 s 内，可以把重物 A 匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？【导析】 电流经过电动机，一局部电能转化为内能，Q ＝I 2Rt ；一局部电能转化为机 械能，E 机＝mgh .【解析】 (1)依据焦耳定律，热功率为： P ＝I 2r ＝12×1 W ＝1 W. (2) 输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积P 入＝IU ＝1×5 W ＝5 W输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率 P 出＝P 入－P ＝5 W －1 W ＝4 W. (3) 电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10 s 内 P 出 t ＝mgh ，解得h ＝P t /mg ＝4×10出20m ＝2 m. (4) 机械效率 η＝P 出/P 入＝80%.【答案】 (1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80%如图 2－6－1 所示，为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻为 r1 1电动机电路的分析与计算并不是全部含有电动机的电路都是非纯电阻电路，要留意区分电动机正常工作和被卡住两种状况．1. 当电动机正常工作时，要留意分清电功和电热的关系，电动机消耗的电能也就是电流做的功 W ＝UIt ，电动机产生的内能必需用 Q ＝I 2Rt 来求，另外，还要留意能量守恒定律的应用即 W ＝Q ＋E (E 为其他形式的能)或 P 入＝P 机＋P 热，其中，P 入＝UI ，P 热＝I 2R ，P 机为机械功率．2. 当电动机被卡住时，电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能， W ＝Q ，即UIt ＝I 2Rt .1．电动玩具汽车的直流电动机电阻肯定，当加上0.3 V 电压时，通过的电流为 0.3 A ， 此时电动机没有转动．当加上3 V 电压时，电流为 1 A ，这时候电动机正常工作，求电动机正常工作时，产生的机械功率和发热功率．【解析】 当加上 0.3 V 电压时电动机不转动，它消耗的电能全部用来发热，此时的电 动机可以看做纯电阻，可以用欧姆定律计算它的电阻R ＝U /I ＝0.3/0.3 Ω＝1 Ω当加上 3 V 电压时，电流为 1 A ，明显不符合欧姆定律，消耗的电能一局部发热，一局部转化为机械能，此时电路为非纯电阻电路．消耗的电功率为：P ＝IU ＝3 W 发热功率 P 热＝I 2R ＝1 W依据能量关系，产生的机械功率为：P 机＝P －P 热＝2 W. 【答案】 2 W 1 W【问题导思】1. 串联电路中阻值越大的电阻消耗的功率越大吗？并联电路中阻值越小的电阻消耗的功率越小吗？2. “220 V 40 W ”与“220 V 60 W ”的两盏灯接在电压为 220 V 的电路中，如何连接才能使两盏灯都正常发光？电路中消耗的总功率与两盏灯各自消耗的功率有什么关系串、并联电路中电功率的分析与计算＝P ＋P ＋…＋P呢？1. 串联电路⎧⎪各局部电路电流I 一样，依据P ＝I 2R ， 功率关系⎨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 1 2 n2. 并联电路功率关系⎧⎪各支路电压一样，依据P ＝U 2，各支路电阻 ⎨上的电功率与电阻成反比 ⎪⎩总功率P ＝UI ＝U (I ＋I ＋…＋I )＝总P ＋P ＋…＋P 123. 结论1 2 n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电阻消耗的功率之和．1. 求解串、并联电路中的功率安排问题，比例法求解会使问题简化，但肯定要确定是正比还是反比关系．2. 当分析用电器的功率问题时，肯定要留意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流．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，在如下图的几种接法中，最合理的是( )A BR nC D 【解析】 L (110 V 40 W)和 L (110 V 100 W)的额定电压一样，由 P U 2可知 R>R ，1 2 ＝ R 1 2由串、并联电路电流、电压特点可知 A 、D 中 L 、L 肯定不会同时正常发光，虽然 B 、C能使 L 、L 1同时正常发光，但B 中 P 总＝2(P ＋P 2)，C 中 P 总＝2P，故C 正确．12122【答案】 C最合理的电灯电路的分析推断方法最合理的电灯电路就是能使灯泡正常发光且电路消耗功率最小，解答此类问题的思路分两步：1. 先分清哪个电路的灯泡能够正常发光，可以从电流、电压、电功率中任选一个量到达其额定值，其他两个也到达额定值的方面分析．2. 确定了正常发光后，再比较哪一个电路的实际功率小，可以用定量计算的方法比较哪个电路的总电流小，也可以用定性分析的方法．2．如图 2－6－2 所示电路中，R 1、R 2 都是“4 W 、100 Ω”的电阻，R 3 是“1 W 、100 Ω”的电阻，则 A 、B 间允许消耗的最大功率是()＝R 1 2 图2－6－2A．1.5 W B．9 W C．98 W D.8 W【解析】由P U2得：U1＝U2＝P1R1＝20 VU(3)2U ＝P R ＝10 V，故AB 间所加电压最大值为U ＝10 V，P ＝1 W，P′＝P′＝23 3 3 ＝0.25 W 3 3 2 3 R1P 总＝P3＋P′ ＋P′ ＝1.5 W，A 正确．【答案】 A【问题导思】1.外电路的电阻越大，电源的输出功率越大吗？2.电源的输出功率越大，电源的效率越高吗？3.外电路的电阻越大，电源的总功率越大吗？1.各局部功率关系分析由EIt＝I2Rt＋I2rt 知⎧⎪P电源＝EIEI＝I2R＋I2r⎨P⎪⎩P ＝I2R外＝I2r内2.输出功率随外电阻R 的变化规律PE2 E2(1)电源的输出功率：P ＝UI＝＝(外电路为纯电阻电路)出(R＋r)2 (R－r)2R ＋4r闭合电路中的功率和效率< · .图 2－6－3(2) P－R 图像：以纵轴表示输出功率，以横轴表示外电阻，建立坐标系，则P随外输出出电阻 R 变化的图像如图 2－6－3 所示．(3) 几个结论①当 R ＝r 时，电源的输出功率最大 P E 2＝4r .②当 R <r 时，随 R 的增大输出功率越来越大． ③当 R >r 时，随 R 的增大输出功率越来越小． ④当 PP 时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R 、R ，且 R R ＝r 2 输出m12123. 闭合电路上功率安排关系P ＝P＋P ，即 EI ＝UI ＋I 2r .输出内闭合电路上功率安排关系，反映了闭合电路中能量的转化和守恒，即电源供给的电能， 一局部消耗在内阻上，其余局部输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能，能量守 恒的表达式为：EIt ＝UIt ＋I 2rt (普遍适用)；EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt (只适用于外电路为纯电阻的电路)．4. 电源的效率图 2－6－4UI U(1) 定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即η＝EI ＝E .mU IR R 1(2) 假设外电路为纯电阻电路，则 η＝E ＝I (R ＋r )＝R ＋r ＝ r ，所以外电路电阻越大， 电源效率越高，其 η－R 图像如图 2－6－4 所示．(3) 当电源输出功率最大时，R ＝r ，η＝50 %.1＋R对某电源来说，外电路电阻越大，路端电压越大，电源效率越高，但电源输出功率不肯定也越大，只有外电路电阻越接近于内电阻值，输出功率才越大．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 2－6－5(1) 当 R 为何值时，R 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？【审题指导】 解答此题时应留意以下两点：(1) U －I 图线的纵轴不从 0 开头．(2) 区分定值电阻 R 0 和总外阻的功率极值规律．ΔU 15【解析】 (1)由题图乙知电源的电动势和内阻为：E ＝20 V ，r ＝| ΔI |＝ 2 Ω＝7.5 Ω由题图甲分析知道，当 R ＝0 时，RE 20消耗的功率最大，最大为 P ＝( )2R 0＝( )2×3R 0＋r 3＋7.5电路图如图 2－6－5 甲所示，乙中图线是电路中的电源的路端电压随R ＋R ＋rW ＝10.9 W(2)当 r ＝R ＋R 0 时，即 R ＝4.5 Ω 时， 电源的输出功率最大，最大值为： EP ＝( )2(R 0＋R )＝( 20)2(3＋4.5) W ＝13.3 W 3＋4.5＋7.5【答案】 (1)0 10.9 W (2)4.5 Ω 13.3 W电源输出功率最大值的求解方法在解答最大功率问题时，理解好功率最大的条件是关键，假设求解局部电阻不变时，只要满足电流最大则功率就最大；假设求解局部电阻转变时，需要计算出功率的表达形式，利用数学学问求极值．3．(2023·山东师大附中月考)如图 2－6－6 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( )两盏额定电压为 220 V 的白炽灯 L 和 L 的 U －I 特性曲线如图 2－ 6图 2－6－6A ．2 瓦，66.7 %B ．2 瓦，33.3 %C ．4 瓦，33.3 %D ．4 瓦，66.7 %【解析】 由图可知，E ＝3 V ，r ＝1 Ω，＝( ER ＝2 Ω，故可得：P 出＝( 3)2·R R ＋rR)2·2 W ＝2 W ，η＝ 2＋1R ＋r＝66.7 %，故A 正确． 【答案】 A性曲线解电功与电热问题12－7 所示，L 2 的额定功率约为 W ．现将L 1 和 L 2 串联后接在 220 V 的电源上，电源的内阻无视不计，此时L 2 的实际功率约为W.图 2－6－7【标准解答】 此题考察的是 U －I 曲线及额定功率和实际功率，关键是依据 U －I 曲线找出额定电流和实际电流．从U －I 伏安特性曲线可知，当L 2到达额定电压 220 V 时，通过 L 的电流为 0.45 A ，所以额定功率 P ＝U I ＝220 V ×0.45 A ＝99 W ．假设把L 与 L 串222 212联接在 220 V 的电源上，I 1′＝I 2′且 I 1′(R 1′＋R 2′)＝220 V ，即 U 1′＋U 2′＝220 V ，从综合解题方略——巧用伏安特图像上可知，U1′≈150 V，U2′≈70 V，I ′＝I ′≈0.25 A，灯L 的实际功率P2′≈70V×0.25 A＝17.5 W.【答案】99 17.51 2 21.此题中，灯泡的电阻在不同的电压下是不同的，所以不能用固定的电阻值来计算，这是易错点，也是难点．2.此类题目要留意从图像中猎取信息，怎样将这些信息与所求量的公式联系起来，敏捷求解，这需要具有较高的读图、识图力量．【备课资源】(教师用书独具)电能表电能表是测量电能的专用仪表，通常也称为电度表，它把电功率对时间累积起来计算．可检测出一段时间内发电量或用电量的多少，在工农业生产和日常生活中使用极为广泛．国产电度表的型号由字母和数字组成．其意义如下：第一个字母D—电度表，其次个字母D—单相，S—三相，T—三相四线，X—无功，B—标准表，Z—最大需量，J—直流．型号中字母后的数字代表该产品的设计定型的序号．例如，DD28 表示设计定型序号为28 的单相电度表．2 1 2 21．关于电功的说法中，错误的选项是( ) A ．导体内电场力移送电荷所做的功叫做电功 B ．电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程C ．电流做功消耗的能量由电源供给 D ．电功就是电能【解析】 此题考察电场力做功，依据电场力做功的定义及特点，可以推断 A 、B 、C 均正确．电功是电能转化为其他形式的能的量度，功和能量是不同的概念，D 错误．【答案】 D2．(2023·浙江高考)功率为 10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与功率为 60 W 的白炽灯相当．依据国家节能战略，2023 年前一般白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有 2 只 60 W 的白炽灯，均用 10 W 的 LED 灯替代，估算出全国一年节约的电能最接近( )A ．8×108 KW·h C ．8×1011 KW·hB ．8×1010 KW·hD ．8×1013 KW·h【解析】 将白炽灯换为LED 灯后，每个灯节能 50 W ，假设灯一天工作 5 h ，一年 365 天，全国家庭数记为 4×108，则全国每年节能为 ΔE ＝ΔPt ＝2×50×10－3×5×365×4×108 KW·h ＝7.3×1010 KW·h ，B 项最接近．【答案】 B3．(2023·长沙高二检测)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 2－6－8 所示，则此电路中允许消耗的最大功率为()图 2－6－8A ．1.5 WB ．3.0 WC ．5.0 WD ．6.0 W【解析】 R 1 和 R 串联后的总电阻为 R ＝R ＋R ＝6 Ω，电路中的电流不能超过 R 的 额定电流，即 0.5 A ．依据 P ＝IU 和 I ＝U 得 P ＝IR2R ＝1.5 W ，故A 正确．【答案】 A4．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 2－6－9 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，以下各物理量中随之减小的是()图 2－6－9A ．电池的输出功率B ．变阻器消耗的功率 ．固定电阻 R 消耗的功率 0 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，电池输出功率渐渐增大，故A 错．将 R 等效为内阻一局部，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渐渐减小，故B 正确．【答案】 B5．(2023·泸州高二检测)在如图 2－6－10 所示的电路中，定值电阻的阻值为 10 Ω，电动机 M 的线圈电阻值为 2 Ω，a 、b 两端加有 44 V 的恒定电压，抱负电压表的示数为24 V ， 由此可知()图 2－6－10A ．通过电动机的电流为 12 AB ．电动机消耗的功率为 48 WC 0R R C ．电动机线圈在 1 分钟内产生的热量为 480 J D ．电动机输出的功率为 8 W【解析】 依据串联电路的特点，定值电阻两端的电压为20 V ，依据 I ＝U，通过电阻的电流 I ＝2 A ，通过电动机的电流也是2 A ，A 错误．依据P ＝UI ，电动机消耗的功率为48 W ，B 正确．依据 Q ＝I 2Rt ，线圈 1 分钟产生的热量为 480 J ，C 正确．电动机输出功率 P 出 ＝P －P 热＝UI －I 2R ，则 P 出＝40 W ．D 错误．【答案】 BC1. 电功率的计算公式 PU 2U 是加在用电器两端的电压，R 是用电器的电阻，此式可用于()＝ R 中，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【解析】 公式 P ＝U 2是依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．【答案】 C2. 用电器两端电压为 220 V ，这意味着()A.1 A 电流通过用电器时，消耗的电能为220 J B ．1 C 正电荷通过用电器时，产生 220 J 的热量 C ．1 A 电流通过用电器时，电流的发热功率为220 W D ．1 C 正电荷从电势高端移到电势低端时，电场力做功220 J【解析】 依据电场力做功和电流做功的公式 W ＝Uq 和 W ＝UIt 可以看出A 错，D 对； 由于用电器不肯定是纯电阻电路，即不肯定把电能全部转化为内能，故B 、C 选项错．【答案】 D 3．一台国产封闭型贮水式电热水器的铭牌上所列的主要技术参数如下表所示．依据表 中所供给的数据，计算出此电热水器在额定电压下处于加热状态时，通过电热水器的电流约为( )额定容量 54 L 最高水温 75 ℃ 额定功率 1 500 W 额定压力 0.7 MPa 额定电压220 V电器类别Ⅰ类U 220 r U UA.6.8 A B ．0.15 A C ．4.4 A D ．0.23 A【解析】 由 P ＝UI 可知，该电热水器在额定电压下处于加热状态时的电流为：I ＝P ＝1 500A ≈6.8 A ，应选项A 正确．【答案】 A 4.图 2－6－11(2023·全国高考)一台电风扇的额定电压为沟通220 V ．在其正常工作过程中，用沟通电流表测得某一段时间内的工作电流 I 随时间 t 的变化如图 2－6－11 所示．这段时间内电风扇的用电量为( )A ．3.9×10－2 度B ．5.5×10－2 度C ．7.8×10－2 度D ．11.0×10－2 度【解析】 这里“电量”指的是电风扇消耗的电能，应当用有效值计算，而图中正好为有效值的变化图线，由 E 电＝UIt 分段求和，E 电＝U I t ＋U I t ＋U I t ，正常工作时电压均1 1 12 2 23 3 3为 220 V ，代入数据换算单位后得 E 电＝5.5×10－2 度．【答案】 B5. 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( )U 2 P 2r P 2rA ．P B. C. 2D ．P － U 2【解析】 此题考察电功率、功率的区分与公式的正确使用．由于P ＝IU ，I ＝P，所以＝(PP 热U )2r ，故 C 正确．【答案】 C6. 把两根电阻一样的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，假设要产生相等的热量 ，则两种方法所需的时间之比 t 串∶t 并为()R A ．1∶1 B ．2∶1 C ．4∶1 D ．1∶4【解析】 串联后电阻为 R ＝2r ，产生的热量为 Q ＝U 2 ＝U 2 ；并联后电阻为 R＝r ，产生的热量为 Q＝U 21＝U 2，假设要 Q1 t 串1∶t 2r t 串 2 ＝4∶1.22R 2 r t 并 21＝Q 2，则有 t 串并【答案】 C7. 把六个一样的小灯泡接成如图2－6－12 甲、乙所示的电路，调整变阻器使小灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P 和 P表示，则以下结论中正确的选项是()甲乙甲 乙图 2－6－12A ．P ＝PB ．P ＝3P甲乙甲 乙C ．P ＝3PD ．P ＞3P乙甲乙甲【解析】 由于甲、乙电路中六个一样的小灯泡都能正常发光，所以有 I 甲＝3I 由 P ＝UI 得 P 甲＝3P 乙，故B 正确．【答案】 B乙，又8. 下面列出了不同品牌的电视机、电风扇、空调机和电冰箱铭牌上的主要工程，试推断正常工作时，其中功率最大的是( )54 cm 彩色电视机工作电压 170 V ～240 V 工作频率 50 Hz 额定功率 85 W BC －65B 电冰箱额定电压 220 V 工作频率 50 Hz 额定功率 70 W 耗电量 0.50 kW·h/24 hABFS －69 电风扇规格 400 mm 额定电压 220 V 工作频率 50 Hz额定功率 65 W KFR －33GW 空调机t 并ABAB额定电压 220 V 工作频率 50 Hz 制冷/制热电流 6.2 ACD【解析】 电视机、电冰箱、电风扇的额定功率分别为85 W 、70 W 、65 W ，而空调机正常工作时功率 P ＝UI ＝1 364 W ，故D 最大．【答案】 D9. 额定电压都是 110 V ，额定功率 P A ＝100 W ，P B ＝40 W 的两盏电灯，假设接在电压是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以下中的( )【解析】 推断灯泡能否正常发光，就要推断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流．由 P ＝U 2和条件可知，R <R.对于 A 电路，由于 R <R 所以 U >110 V ，B 灯被烧RABABB毁，两灯不能正常发光，对于 B 电路，由于 R B >R A ，A 灯又并联变阻器，并联电阻更小于R B ，所以U B >U 并，B 灯被烧毁，对于C 电路，B 灯与变阻器并联电阻可能等于 R A ，所以可能 U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光．对于 D 电路，假设变阻器的有效电阻等于 A 、B 的并联电阻，则 U A ＝U B ＝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 －I )×110 W ，而 D 电路中变阻器功率为(I ＋I )×110 W ，所以 C 电路中消耗的电功率最小．【答案】 C 10.图 2－6－13如图 2－6－13 所示，电阻 R 1＝20 Ω，电动机线圈的阻值 R 2＝10 Ω.当开关翻开时，电流表的示数是 I 0＝0.5 A ；当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数 I 和电路消耗的电功率 P 应是( )1 0 ＝R 11 1A ．I ＝1.5 AB ．I <1.5 AC ．P ＝15 WD ．P <15 W【解析】 由题意知，电路两端的电压 U ＝R I ＝10 V ，闭合开关后，当电压全部加在 电动机的内阻上时，它的电流为 1 A ，但只有一局部电压加在电动机内阻上，所以I <1.5 A ， B 正确．同理电动机所消耗的功率也小于10 W ，则电路消耗的电功率 P <15 W ，D 正确．【答案】 BD11．一只规格为“220 V 2 000 W ”的电炉，求：(1)它在正常工作时的电阻； (2) 假设电网电压为 200 V ，求电炉的实际功率；(3) 在 220 V 电压下，假设平均每天使用电炉2 h ，此电炉一个月要消耗多少度电？ 【解析】 (1)设电炉电阻为 R ，由于电炉为纯电阻电路，依据P ＝IU 、I U 得 R ＝U ＝2202/2 000 Ω＝24.2 Ω.(2)当电压为 U ′＝200 V 时，电炉的实际功率为 P ＝U 2/R ＝2023/24.2 W ＝1 653 W.2/P(3)在 220 V 的电压下，一个月耗用电能(按 30 天计算)W ＝2×2×30 kW·h ＝120 kW·h. 【答案】 (1)24.2 Ω (2)1 653 W (3)120 度 12.图 2－6－14在如图 2－6－14 所示电路中，电源电动势 E ＝10 V ，内阻 r ＝0.5 Ω，电动机的电阻 R 0＝1.0 Ω，电阻 R ＝1.5 Ω.电动机正常工作时，电压表的示数 U ＝3.0 V ，求： (1)电源释放的电功率；(2)电动机消耗的电功率，将电能转化为机械能的功率； (3)电源的输出功率．U 3.0【解析】 (1)电动机正常工作时，总电流为：I ＝R 1＝1.5 A ＝2 A ，电源释放的电功率为 P 释＝EI ＝10×2 W ＝20 W(2)电动机两端的电压为：U ＝E －Ir －U 1＝(10－2×0.5－3)V ＝ 6 V电动机消耗的电功率为：P 电＝UI ＝6×2 W ＝12 W 电动机消耗的热功率为：P 热＝I 2R 0＝22×1 W ＝4W电动机将电能转化为机械能的功率，依据能量守恒为：P 机＝P 电－P 热＝(12－4)W ＝8 W (3)电源的输出功率为：P 出＝P 释－P 内＝P 释－I 2r ＝(20－22×0.5) W ＝18 W 【答案】 (1)20 W (2)8 W (3)18 W。
12-1 电路中的能量转化(教师版)(人教2019必修第三册)
12.1 电路中的能量转化 【物理核心素养】物理观念：焦耳定律是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，能量观念科学思维：通过对电动机电路的探究，提高学生的分析论证能力，在教学中培养学生归纳、总结的科学思维方法．科学探究：通过分组实验，培养学生主动观察、分析和总结的能力．科学态度与责任：通过本节教学，让学生体会到探索自然规律的科学态度。
【教学重难点】教学重点：电功概念的建立和理解教学难点：分析非纯电阻电路（例如电动机）能量的转化关系、区分电功和电热。
知识点一、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．电功和电热的关系(1)在纯电阻电路中：①电功和电热相等，W ＝Q ＝UIt ＝U 2R t ＝I 2Rt ；①电功率和热功率相等，P 电＝P 热＝UI ＝I 2R ＝U 2R ；①欧姆定律成立：由UIt ＝I 2Rt 得：I ＝UR .(2)在非纯电阻电路中：①电功大于电热，W ＝Q ＋W 其他，电功只能用W ＝UIt 计算，电功率只能用P ＝UI 计算；①电热只能用Q ＝I 2Rt 计算，热功率只能用P ＝I 2R 计算；①欧姆定律不成立，由UIt >I 2Rt 得：U >IR .【经典例题1】如图是额定电压均为220V 的灯泡L 1和L 2的U －I 图像。
下列分析不正确的是（ ）A ．当L 1两端的电压为100V 时，其实际功率为20WB ．当通过L 2的电流为0.45A 时，其1min 消耗的电能为4320JC ．将L 1、L 2串联，若L 1两端的电压为40V ，则L 2的功率为8WD ．将L 1、L 2并联，若通过L 2的电流为0.5A ，则L 1的功率为66W【答案】 C【解析】A.当L 1两端的电压为100V 时，根据图像可知，通过L 1的电流为0.2A ，其实际功率为 111100V 0.2A 20W P U I ==⨯=故A 正确，不符合题意；B.当通过L 2的电流为0.45A 时，L 2两端的电压为160V ，其1min 消耗的电能为22 160V 0.45A 60s 4320J W U I t ==⨯⨯=故B 正确，不符合题意；C.将L 1、L 2串联，若L 1两端的电压为40V ，由图像可知，通过灯泡L 1的电流为10.1A I '=根据串联电路电流规律可知，通过灯泡L2的电流210.1A I I ''==由图像可知，此时灯泡L 2两端的电压为220V U '=L 2的功率为22220V 0.1A 2W P U I '==⨯=故C 错误，符合题意；D.将L 1、L 2并联，若通过L 2的电流为0.5A ，由图像可知，L 2两端的电压为2220V U ''=根据并联电路电压规律可知，灯泡L 1两端的电压12220V U U ''''==由图像可知，通过L 1的电流1A ''0.3I =L 1的功率为11220V 0.3A 66W P U I ''''==⨯=故D 正确，不符合题意。
6__焦耳定律_电路中的能量转化(教科版)
电流的热效应
（一）、电功 电功率 1．电功（电流做功）：实质上是导体中的 恒定电场对自由电荷的静电力在做功． 2．能量转化：电流做功的过程就是电能转 化为其他形式能的过程。 3．电功公式：W＝UIt.单位：J 1度=1kW·h=3.6 × 106 J 4．电功率：单位时间内电流所做的功，反 映电流做功的快慢。 5.电功率公式：P＝UI.单位：W
2．并联：
P总 UI总 U ( I1 I 2 I 3 ......) U1I U 2 I U 3 I ...... P 1P 2 P 3 ......
串并联总功率等于各电阻功率之和。
（四）、总功率和输出功率
P 总 EI 2．输出功率（外电路功率） P 外 U外I
1．总功率（电源功率） 3、电源效率 =P出/P总＝U外/E=R/(R+r) P出 Pm 2 E Pm 4r
R 输出功率随外电阻变化的图线
r
例 如图， R1 和 R2 都是“ 4W ， 100Ω”的电阻，R3是“1W， 100Ω” 的电阻，则 AB 间允许 消耗的最大功率是_____ W.
解析：由 R1、 R2 与 R3 的额定值知三个电阻正 常工作时的电流分别为 P1 I1＝ I2＝ ＝ 0.2 A， R1 I3＝ 0.1 A. 由串、并联电路的电流关系，当 I1＝ 0.2 A，I2＝ I3＝0.1 A 时，AB 间消耗的功率 最大，最大功率为 Pm＝ P1＋ 2P3＝．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＝I2Rt.
3．热功率：P热＝ I2R .
可否用公式Q=UIt来计算电热？
三、纯电阻和非纯电阻电路的区别