【新教材】2021-2022学年物理人教版必修第三册学案：第12章 1.电路中的能量转化含答案

1．电路中的能量转化[核心素养·明目标]

核心素养学习目标

物理观念

(1)理解电功、电功率和焦耳定律的概念。

(2)理解电功和电热的区别和联系。

科学思维

(1)通过推导电功公式和焦耳定律，能用焦耳定律解释生活中

的相关现象。

(2)通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流

做功实现的。

科学探究

从能量转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，加

深对功与能量转化关系的认识。

科学态度与

责任

联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量

转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。

知识点一电功和电功率

1．电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。

2．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：国际单位是焦耳，符号是J。

3．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＝

W

t＝UI。

(3)单位：国际单位是瓦特，符号是W。

对于纯电阻电路，由欧姆定律I＝U

R可得

(1)W＝UIt＝I2Rt＝U2

R t。

(2)P＝UI＝I2R＝U2 R。

1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(√)

(2)电功率越大，表示电流做功越多。(×)

(3)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝U2

R没有任何区别，它们表达相同的意义，

所示P即是电功率。(×)知识点二焦耳定律

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．表达式：Q＝I2Rt。

3．热功率

在任何电路中，总有(1)W≥Q(2)IU≥I2R只有在纯电阻电路中，(1)电能全部转化为电热，即Q＝W

(2)电功率等于热功率IU＝I2R。

2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多。(×)

(2)W＝UIt＝I2Rt＝U2

R t，对任何电路都适用。(×)

(3)U＝IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用。(×)

(4)Q＝I2Rt适用于任何电路。(√)知识点三电路中的能量转化

1．电动机的作用：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．能量转化关系式：P电＝P机＋P损，其中P电＝UI、P机为输出功率，P损＝P

热

＝I2R。

3．正在充电的电池：电源的电能除了转化为电池的化学能之外，还有一部分转化为内能。

3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)非纯电阻用电器两端所加电压U1与其内阻分得电压U2相等。(×)

(2)电动机消耗了电能，一部分转化为机械能，一部分转化为电热。(×)

考点1电功和电功率

千瓦时是电功的单位还是电功率的单位？电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功？

提示：千瓦时是电功的单位；电能表是测量电路中消耗的电功。

1．串联电路功率关系

(1)各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。

(2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋U n)I＝P1＋P2＋…＋P n。

2．并联电路功率关系

(1)各支路电压相同，根据P＝U2

R，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。

(2)总功率P总＝UI＝U(I1＋I2＋…＋I n)＝P1＋P2＋…＋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各负载消耗的功率之和。

【典例1】有额定电压都是110 V，额定功率P A＝100 W，P B＝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 B

C D

思路点拨：(1)电路的总功率等于各用电器消耗的功率之和。

(2)串联电路中，功率与电阻成正比；并联电路中，功率与电阻成反比。

C[若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为110 V，对A电路，因为R A＜R B，所以U A＜U B，即U B＞110 V，B灯将被烧坏；对B电路，U B＞U并，B灯将被烧坏；对C电路，R A可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以U A 可能等于U B，等于110 V，两灯可能正常发光，且电路消耗总功率为200 W；对D电路，变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻，可能有U A＝U B＝U

并

＝110 V，两灯可能正常发光，且电路中消耗总功率为280 W。综上可知，C正确。]

电功率与电阻的关系

(1)在串联电路中电流处处相同，由P＝I2R可知，电功率与电阻成正比。

(2)在并联电路中电路两端的电压相同，由P＝U2

R可知电功率与电阻成反比。

[跟进训练]

1．有两盏电灯L1和L2，用图中所示的两种方式连接到电路中，已知电压U相同，且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电灯L1的亮度，则()

甲乙

A．甲图电路中灯L1比乙图电路中灯L1亮

B．乙图电路中灯L1比甲图电路中灯L1亮

C．两个电路中灯L1一样亮

D．不知它们的额定电压和额定功率，无法判断

B[因为电压U相同，两盏电灯串联后，L1两端电压小于U；两盏电灯并联后，加在电灯两端的电压都为U，因此并联后的灯泡较亮，选项B正确。]考点2焦耳定律与热功率

如图所示为常用的家庭用电器，当给图中的用电器通电时，用电器的表面会发热，这是为什么呢？

提示：给图中的用电器通电后，有电流流过用电器，电流做功产生热量，导致用电器表面温度升高。

对公式P＝UI和P＝I2R的理解

1．P＝UI和P＝I2R两式都是电流做功的功率表达式，但两式中“P”的含义是不同的。P＝UI是在一般情况下推导的，没有对电路的性质做任何限制，所以P＝UI中的“P”指电流做功的功率。P＝I2R中的“P”专指发热的功率。

2．P＝I2R计算的结果只是电能转化为内能的那部分功率，要计算电流做功的总功率，只能利用P＝UI。在任何电路中，始终有电功率大于或等于热功率，

即UI≥I2R，只有在纯电阻电路中，才有I2R＝UI＝U2 R。

【典例2】(2021·鞍山一中月考)某种热水器工作时有两种状态：一种是水烧开以前的加热状态，另一种是水烧开后的保温状态。如图所示是该热水器的电路图，R1是一个电阻，R2是加热用的电阻丝，保温状态时，R1、R2产生的热量均用以保温。