【高中教育】最新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
《电路中的能量转化》 学历案
《电路中的能量转化》学历案一、学习目标1、理解电路中电能的来源和去向，能区分不同电路元件在能量转化中的作用。
2、掌握电流做功的实质，会计算电流所做的功。
3、理解电功率的概念，能区分额定功率和实际功率。
4、了解焦耳定律，能用焦耳定律计算电热。
二、学习重难点1、重点（1）理解电能与其他形式能的转化。
（2）掌握电流做功的计算。
（3）理解电功率的概念及计算。
2、难点（1）区分电功和电热。
（2）理解非纯电阻电路中的能量转化。
三、知识回顾1、功的定义：力与在力的方向上移动的距离的乘积。
2、功的公式：W ＝ Fs（力与位移在同一直线上）。
四、新课导入我们在日常生活中使用各种各样的电器，比如电灯、电扇、电视等。
这些电器在工作时都需要消耗电能，那么电能是如何转化为其他形式的能呢？这就是我们今天要学习的电路中的能量转化。
五、知识讲解1、电能电能是指电以各种形式做功的能力。
比如，灯泡发光，电能转化为光能和热能；电动机转动，电能转化为机械能和内能。
电能的单位是焦耳（J），常用的单位还有千瓦时（kW·h），1 千瓦时＝ 36×10^6 焦耳。
2、电流做功电流通过导体时可以做功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。
例如，电流通过电炉时发热，电能转化为内能；电流通过电动机时，电能转化为机械能和内能。
电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短都有关系。
电功的计算公式：W ＝ UIt ，其中 W 表示电功，单位是焦耳（J）；U 表示电压，单位是伏特（V）；I 表示电流，单位是安培（A）；t 表示通电时间，单位是秒（s）。
3、电功率电功率是表示电流做功快慢的物理量。
定义：单位时间内电流所做的功。
公式：P ＝ W ／ t ＝ UI ，其中 P 表示电功率，单位是瓦特（W）。
额定功率：用电器在额定电压下的功率。
实际功率：用电器在实际电压下的功率。
4、焦耳定律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。
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。
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 1
焦耳定律 电路中的能量转化一、电功和电功率 1．电功 (1)实质导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功，把电能转化为其他形式的能． (2)表达式W ＝UIt .电功的常用单位还有千瓦时，说明其物理含义，并计算1千瓦时等于多少焦． 提示：1千瓦时表示功率为1千瓦的用电器在1小时内所消耗的电能． 1 kW·h＝1 000 W×3 600 s＝3.6×106J. 2．电功率(1)物理意义：表示电流做功快慢的物理量． (2)定义：单位时间内电流所做的功．(3)公式及单位：P ＝Wt＝UI ，其单位为瓦特，符号为W.电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，各用什么物理量表示呢？ 提示：电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少，电流做功的快慢用电功率表示，电流做功的多少用电功表示．电流做功的快慢与做功的时间和做功的多少有关．二、焦耳定律1．焦耳定律：电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比，这一规律叫做焦耳定律．公式表示为Q ＝I 2Rt .2．热功率：单位时间内的发热量通常称为热功率，计算公式为P ＝I 2R . 3．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为内能．4．非纯电阻电路：像含有电动机或电解槽等非纯电阻用电器的电路被称为非纯电阻电路，在非纯电阻电路中，电流做的功除了将电能转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能量．生活中电热的利用主要有哪些实例？ 提示：电热水器、电饭锅、电烤箱、电焊等．考点一 纯电阻电路与非纯电阻电路1．纯电阻电路与非纯电阻电路的比较3.电功率和热功率的区别与联系(1)区别：电功率是指输入某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U 和通过的电流I 的乘积．热功率是指在这段电路上因发热而损耗的功率，其大小决定于通过这段导体中电流强度的平方和导体电阻的乘积．(2)联系：对于纯电阻电路，电功率等于热功率，计算时可用P ＝IU ＝I 2R ＝U 2R中任一形式进行计算．对非纯电阻电路，电路消耗的电功率等于热功率与机械功率等其他形式的功率之和，即电功率大于热功率．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 ＝I 2Rt ，热功率都用P ＝I 2R ，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路．【例1】 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，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． 审题时应把握以下三点： (1)发热功率为P 热＝I 2R .(2)机械能的功率为：P 机＝P 电－P 热． (3)电动机不转动时，可理解为纯电阻．【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W【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电功率等于热功率：P 电′＝P 热′＝UI ′＝220×5.5 W＝1 210 W. 总结提能 排气扇中有电动机，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)输入功率是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 ＝I 2R ＋P 机．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线圈的电阻．答案：22.0 W 2.0 Ω解析：当电流表和电压表的示数为0.5 A 和1.0 V 时，电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值r ＝U 1I 1＝1.00.5Ω＝2 Ω.当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A 和15.0 V ，则电动机的总功率P 总＝U 2I 2＝15.0×2.0 W＝30.0 W ，线圈电阻的热功率P 热＝I 22r ＝2.02×2 W＝8.0 W ，所以P 输出＝P 总－P 热＝30.0 W －8.0 W ＝22.0 W. 考点二 串、并联电路中电功率的分析与计算1．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U额时，电流达到额定电流I 额，电功率也达到额定功率P 额，且P 额＝U 额I 额．(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．2．串、并联电路中的功率分配 (1)串联电路功率关系⎩⎪⎨⎪⎧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＋…＋UnI＝P 1＋P 2＋…＋Pn(2)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＋…＋Pn(3)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．1求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一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，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流.【例2】 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，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图中的哪一个( )哪些电路能使A 、B 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【答案】 C【解析】 由P ＝U 2R 和已知条件可知，R A <R B .对于A 电路，由于R A <R B ，所以U B >110 V ，B 灯被烧毁，两灯不能正常发光．对于B 电路，由于R A <R B ，A 灯又并联变阻器，并联电阻更小于R B ，所以U B >U 并，B 灯烧毁．对于C 电路，由于B 灯与变阻器的并联电阻可能等于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，若变阻器的有效电阻等于A 、B 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 A －I B )×110 V，而D 电路中变阻器功率为(I A ＋I B )×110 V，所以C 电路消耗的电功率最小．如图所示的电路中，两端电压U 保持不变．若电阻R 1、R 2、R 3上消耗的功率相等，则它们的阻值之比R 1R 2R 3为( C )A ．11 1B ．41 1C ．144D ．122解析：R 2、R 3并联，电压U 相等，由P ＝U 2R 可知，P 相等时R 2＝R 3，由U ＝IR 可知I 2＝I 3＝I ，故通过R 1的电流为2I .R 1消耗的功率P ＝(2I )2R 1＝4I 2R 1①R 2消耗的功率P ＝I 2R 2②比较①②得R 2＝4R 1，故R 1R 2R 3＝144，C 正确．1．(多选)关于电功和焦耳热，下列说法正确的是( ACD ) A ．在纯电阻电路中，计算电功可用公式W ＝I 2Rt B ．在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W ＝I 2Rt C ．在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用Q ＝I 2Rt D ．在纯电阻电路中，计算焦耳热可用Q ＝UIt解析：电功的计算式W ＝UIt 适用于任何形式的电路，焦耳热计算式Q ＝I 2Rt 也是普遍适用的，但是只有在纯电阻电路中，电功W 才等于焦耳热Q .2．有一台标有“220 V 50 W”的电风扇，其线圈电阻为0.4 Ω，在它正常工作时，下列求其每分钟产生的电热的四种解法中，正确的是( C )A ．I ＝P U ＝522A ，Q ＝UIt ＝3 000 JB ．Q ＝Pt ＝3 000 JC ．I ＝P U ＝522 A ，Q ＝I 2Rt ≈1.24 JD ．Q ＝U 2R t ＝22020.4×60 J＝7.26×106J解析：电流I ＝P U ＝50220 A ＝522A ，电风扇正常工作时产生的电热是由于内阻发热产生的，所以每分钟产生的热量为Q ＝I 2Rt ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫5222×0.4×60 J≈1.24 J，故选C.3．有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则( C )A ．电解槽消耗的电功率为120 WB ．电解槽的发热功率为60 WC ．电解槽消耗的电功率为60 WD ．电路消耗的总功率为60 W解析：灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V 电压，且干路电流I ＝I 灯＝60 W 110 V，则电解槽消耗的功率P ＝P 灯＝60 W ，C 对A 错；电解槽的发热功率P 热＝I 2R ≈1.3 W，B 错；整个电路消耗的功率P 热＝220 V×60 W110 V＝120 W ，D 错．4．如图所示，已知U AB ＝6 V ，当滑动变阻器触头P 位于正中位置时，额定电压为3 V 的灯泡L 正常发光，当触头滑至最左端时，电灯实际功率为2 W ，求此灯泡的额定功率和变阻器的总电阻．答案：4.5 W 4 Ω解析：设滑动变阻器总电阻为R m ，灯泡电阻为R L ，则根据P 位于正中位置时灯泡正常发光，电压为3 V ，滑动变阻器的电压为3 V ，得R L ＝R m2.P 位于最左端时，变阻器有效电阻R ′＝R m ＝2R L ，则：U L ＝2 V.故：R L ＝U 2LP L ＝222Ω＝2 Ω.灯泡额定功率：P 额＝U 2额R L ＝322W ＝4.5 W.变阻器总电阻：R m ＝2R L ＝4 Ω.5．如图所示是额定电压为220 V 的理发用电吹风的典型电路，其中电热丝通电后可以发热，电动机通电后可以送风，且电动机的额定功率为120 W.(1)要送冷风，选择开关应放在B 位置；要送热风，选择开关应放在A 位置(均填“A ”“B ”或“C ”)．(2)若电吹风在额定电压下工作，送冷风时，通电1 min 电流所做的功是多少？ 答案：7 200 J(3)若电吹风在额定电压下工作，送热风时电路消耗的总功率为560 W ，则电热丝R 的阻值应为多大？答案：110 Ω解析：(1)送冷风时只有电动机工作，送热风时电动机和电热丝都工作，分析可知填B 、A .(2)电流做的功W ＝P 1t ＝120 W×60 s＝7 200 J. (3)电热丝发热功率为P 2＝560 W －120 W ＝440 W.由P 2＝U 2R 得电热丝的电阻R ＝U 2P 2＝220 V 2440 W＝110 Ω.。
2.6 焦耳定律 电路中的能量转化导学案
2.6 焦耳定律电路中的能量转化导学案2.6焦耳定律电路中的能量转化导学案高中物理选修3－1第二章直流电路2.6焦耳定律电路中的能量转化导学案姚建荣2.6焦耳定律电路中的能量转变【学习目标】1．认知电功、电功率的概念，能够利用公式展开有关的排序。
2．介绍焦耳定律，区分氢铵电阻电路和非纯电阻电路。
3．从能量转变与动量的角度认知闭合电路欧姆定律。
【重点难点】1．重点是电功、电功率的计算，电路中的能量转化。
2．难点是纯电阻电路与非纯电阻电路。
【自主学习】一、电功和电功率1．电功（1）定义：电流流过一段电路，自由电荷在______的作用下发生定向移动，电荷在导体中运动的过程就是电场力对自由电荷做功的过程，电场力移动电荷所做的功，简称电功。
（2）实质：电流做功实质上是把______转化为___________的能。
（3）表达式：__________。
单位：________，符号为j。
2．电功率：（1）定义：电流所搞的功与搞这些功所用______的比值，即为单位时间内电流所搞的功，叫作电功率。
（2）表达式：p＝________＝__________。
这表示电流在一段电路上做功的功率p等于电流i与这段电路两端的电压u的乘积。
（3）单位：_________，符号为w。
（4）物理意义：则表示电流作功的________。
（5）额定电压：用电器正常工作时的电压。
额定功率：用电器正常工作时的功率。
（6）额定功率和实际功率额定功率就是用电器正常工作时的输出功率，也就是用电器两端的电压为_________时的功率；在实际采用过程中，用电器两端电压通常不能刚好就是额定电压，此时的功率叫作实际功率。
须要特别注意的就是：用电器两端的电压短时间内略高于额定电压就是容许的，但不可以在长时间内远远超过额定电压的情况下工作。
因此在现实科生活中，比较常用的情况就是用电路在高于或等同于额定电压的情况下工作。
二、焦耳定律1．电流的热效应：电流通过导体时导体咳嗽的现象，叫做电流的热效应。
【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
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。
高中物理第2章直流电路6焦耳定律电路中的能量转化课件教科版选修3-1
[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＝I2Rt 适用于任何电路求热量．(√ )
[合作探讨] 如图 2-6-2 所示为一正常工作的电动机，其工作电压为 220 V.
图 2-6-2 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．
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，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．( √ )
[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．
5．如图 2-6-4 所示，电源电动势 E＝10 V，内阻 r＝0.5 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 R0＝1 Ω，求： 【导学号： 33410095】
W (3)公式：P＝__t__＝__I_U_.
(4)单位：__瓦___特___，符号__W__.
高中物理电路能量转化教案
高中物理电路能量转化教案一、教学目标1. 理解并区分电能、电功和电功率的概念。
2. 掌握电路中能量转化的基本规律。
3. 能够通过实验观察和分析电路中的能量转化现象。
4. 学会计算简单电路中的电功和电功率。
二、教学内容1. 电能的概念及其与电功、电功率的关系。
2. 电路中的能量转化过程。
3. 电阻发热与电流做功的关系。
4. 实际电路中的能量损耗问题。
三、教学方法- 采用讲授与讨论相结合的方式，引导学生主动思考。
- 通过实验演示，直观展示能量转化过程。
- 利用问题解决法，提高学生的实际应用能力。
四、教学过程引入新课：开始课程前，教师可以通过提问学生日常生活中接触的电器设备，如何工作以及它们是如何消耗电能的，从而引出电能转化为其他形式能量的概念。
讲授新知：1. 首先明确电能是指电荷在电场力作用下所能做的功，而电功则是电流在电路中所做的功，电功率则是单位时间内电流所做的功。
2. 通过图解和公式推导，讲解电功的计算公式W=UIt和电功率的计算公式=UI，强调U代表电压，I代表电流，t代表时间。
3. 分析电阻发热现象，解释这是电流做功导致的能量转化，即电能转化为热能的过程。
实验操作：设置一个简单的电路，包括电源、开关、电阻和导线。
通过测量不同电阻下的电流和电压，让学生亲自计算电功和电功率，并观察电阻的发热情况。
讨论与实践：分组讨论在实际生活中，如何减少能量损耗，例如使用高效率的电器设备，合理布局电路等。
总结归纳：回顾电能、电功和电功率的概念及其计算方法，强调能量守恒定律在电路中的应用，即输入电路的电能等于电路中消耗的各种形式能量之和。
五、作业布置1. 设计一个包含灯泡和电动机的简单电路，计算总电功和各部分电功率。
2. 分析家庭中某个电器的能量损耗情况，提出改进建议。
高中物理 2.6 焦耳定律电路中的能量转化教案 教科版选修31
焦耳定律电路中的能量转化●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，会根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单的含电动机的非纯电阻电路问题．●教学地位本节知识是本章的重点，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)●新课导入建议日常生活中，我们经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，进入今天的学习．●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】(同学之间可进行讨论)步骤1：导入新课，本节教学地位分析步骤2：老师提问，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”相同)步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)步骤5：让学生完成【迁移应用】检查完成情况并点评步骤4：教师通过例题讲解电功能和电热的区别步骤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】，验证学习情况步骤10：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】电功 电功率1.(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. 2．思考判断(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．探究交流注意一下家里用电器的铭牌，如果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】 根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.焦耳定律 热功率1.(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 . 2．思考判断(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)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．(×)(3)在非纯电阻的电路中UI ＜I 2R .(×) 3．探究交流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】 这是因为在纯电阻电路中，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 R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 ＜U R).电路中的能量转化1.(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．2．思考判断(1)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．(×) (2)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．(√)3．探究交流同学们想一下，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？(1)qU (2)UIt (3)I 2Rt (4)U 2Rt【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＝qU ＝UIt ＝I 2Rt ＝U 2R 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)，U 2Rt既不能求电功也不能求电热.电功和电热的区别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．电功和电热在什么情况下是相等的？ 1．两种电路的比较 两种电路较内容纯电阻电路非纯电阻电路元件特点 电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用器欧姆定律 服从欧姆定律I ＝U R不服从欧姆定律：U >IR 或I <U R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的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等W ＝UIt ――→纯电阻电路全部转化为Q ＝I 2Rt公式关系―→UIt ＝I 2Rt 或UI ＝I 2R U ＝IR扩展关系―→UIt ＝I 2Rt ＝U 2R ·t 或UI ＝I 2R ＝U 2RW ＝UIt――→非纯电阻电路转化为Q ＝I 2Rt 其他形式的能公式关系―→UIt >I 2Rt U >IR 或UI >I 2R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 ＝I 2Rt ，热功率都用P ＝I 2R ，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路．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r＝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，一部分电能转化为内能，Q ＝I 2Rt ；一部分电能转化为机械能，E 机＝mgh .【解析】 (1)根据焦耳定律，热功率为：P Q ＝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 Q ＝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 出t /mg ＝4×1020m ＝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%电动机电路的分析与计算并不是所有含有电动机的电路都是非纯电阻电路，要注意区分电动机正常工作和被卡住两种情况．1．当电动机正常工作时，要注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须用Q ＝I 2Rt 来求，另外，还要注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一定，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 1/I 1＝0.3/0.3 Ω＝1 Ω当加上3 V 电压时，电流为1 A ，显然不符合欧姆定律，消耗的电能一部分发热，一部分转化为机械能，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根据能量关系，产生的机械功率为：P 机＝P －P 热＝2 W. 【答案】 2 W 1 W串、并联电路中电功率的分析与计算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呢？1．串联电路功率关系⎩⎪⎨⎪⎧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＋…＋UnI＝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、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一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，一定要注意用电器的安全，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 V100 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】C最合理的电灯电路的分析判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达到其额定值，其他两个也达到额定值的方面分析．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()图2－6－2A ．1.5 WB ．9 WC ．8 W D.98W【解析】 由P ＝U 2R得：U 1＝U 2＝P 1R 1＝20 VU 3＝P 3R 3＝10 V ，故AB 间所加电压最大值为U 3＝10 V ，P 3＝1 W ，P ′2＝P ′3＝U 322R 1＝0.25 WP 总＝P 3＋P ′1＋P ′2＝1.5 W ，A 正确．【答案】 A闭合电路中的功率和效率【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．各部分功率关系分析 由EIt ＝I 2Rt ＋I 2rt 知EI ＝I 2R ＋I 2r ⎩⎪⎨⎪⎧P 电源＝EI P 外＝I 2RP 内＝I 2r2．输出功率随外电阻R 的变化规律(1)电源的输出功率：P 出＝UI ＝PE 2R ＋r2＝E 2R －r 2R＋4r (外电路为纯电阻电路)图2－6－3(2)P 输出－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 出随外电阻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 m ＝E 24r.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P 输出<P m 时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R 1、R 2，且R 1·R 2＝r 2. 3．闭合电路上功率分配关系P ＝P 输出＋P 内，即EI ＝UI ＋I 2r .闭合电路上功率分配关系，反映了闭合电路中能量的转化和守恒，即电源提供的电能，一部分消耗在内阻上，其余部分输出给外电路，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2－6－4(1)定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，即η＝UI EI ＝U E.(2)如果外电路为纯电阻电路，则η＝U E ＝IR I R ＋r ＝R R ＋r ＝11＋rR，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 %.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，但电源输出功率不一定也越大，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 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？ 【审题指导】 解答本题时应注意以下两点： (1)U －I 图线的纵轴不从0开始．(2)区别定值电阻R 0和总外阻的功率极值规律．【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＝7.5 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＝(203＋7.5)2×3 W ＝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：P ＝(E R 0＋R ＋r)2(R 0＋R )＝(203＋4.5＋7.5)2(3＋4.5) W ＝13.3 W 【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，若求解部分电阻不变时，只要满足电流最大则功率就最大；若求解部分电阻改变时，需要计算出功率的表达形式，利用数学知识求极值．3．(2012·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( )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，R ＝2 Ω，故可得：P 出＝(E R ＋r)2·R＝(32＋1)2·2 W＝2 W ，η＝R R ＋r ＝66.7 %，故A 正确． 【答案】 A综合解题方略——巧用伏安特性曲线解电功与电热问题两盏额定电压为220 V的白炽灯L1和L2的U－I特性曲线如图2－6－7所示，L2的额定功率约为________W．现将L1和L2串联后接在220 V的电源上，电源的内阻忽略不计，此时L2的实际功率约为________W.图2－6－7【规范解答】本题考查的是U－I曲线及额定功率和实际功率，关键是根据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L2达到额定电压220 V时，通过L2的电流为0.45 A，所以额定功率P2＝U2I2＝220 V×0.45 A＝99 W．如果把L1与L2串联接在220 V的电源上，I1′＝I2′且I1′(R1′＋R2′)＝220 V，即U1′＋U2′＝220 V，从图像上可知，U1′≈150 V，U2′≈70 V，I1′＝I2′≈0.25 A，灯L2的实际功率P2′≈70 V×0.25 A＝17.5 W.【答案】99 17.51．本题中，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．此类题目要注意从图像中获取信息，怎样将这些信息与所求量的公式联系起来，灵活求解，这需要具有较高的读图、识图能力．【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，第二个字母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．1．关于电功的说法中，错误的是( ) 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】 本题考查电场力做功，根据电场力做功的定义及特点，可以判断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．(2012·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．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有2只60 W 的白炽灯，均用10 W 的LED 灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近( )A ．8×108KW·h B ．8×1010KW·h C ．8×1011 KW·hD ．8×1013KW·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 ＝2×50×10－3×5×365×4×108KW·h＝7.3×1010KW·h，B 项最接近．【答案】 B3．(2013·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 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 ＝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，下列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】 B5．(2013·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，理想电压表的示数为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 ．电动机线圈在1分钟内产生的热量为480 JD ．电动机输出的功率为8 W【解析】 根据串联电路的特点，定值电阻两端的电压为20 V ，根据I ＝UR，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．根据P ＝UI ，电动机消耗的功率为48 W ，B 正确．根据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P ＝U 2R中，U 是加在用电器两端的电压，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【解析】 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．【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】 根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；因为用电器不一定是纯电阻电路，即不一定把电能全部转化为内能，故B 、C 选项错．【答案】 D3．一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．根据表中所提供的数据，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A.6.8 A B ．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 U＝1 500220A≈6.8 A，故选项A 正确．【答案】 A4.图2－6－11(2012·全国高考)一台电风扇的额定电压为交流220 V ．在其正常工作过程中，用交流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，应该用有效值计算，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 1I 1t 1＋U 2I 2t 2＋U 3I 3t 3，正常工作时电压均为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( )A ．P B.U 2r C.P 2r U 2 D ．P －P 2rU2【解析】 本题考查电功率、功率的区别与公式的正确使用．因为P ＝IU ，I ＝PU，所以P 热＝(PU)2r ，故C 正确．【答案】 C6．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( )A ．1∶1B ．2∶1C ．4∶1D ．1∶4【解析】 串联后电阻为R 1＝2r ，产生的热量为Q 1＝U 2R 1t 串＝U 22r t 串；并联后电阻为R 2＝r 2，产生的热量为Q 2＝U 2R 2t 并＝U 2r2t 并，若要Q 1＝Q 2，则有t 串∶t 并＝4∶1.【答案】 C7．把六个相同的小灯泡接成如图2－6－12甲、乙所示的电路，调节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甲和P乙表示，则下列结论中正确的是( )甲乙图2－6－12A．P甲＝P乙 B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲 D．P乙＞3P甲【解析】因为甲、乙电路中六个相同的小灯泡都能正常发光，所以有I甲＝3I乙，又由P＝UI得P甲＝3P乙，故B正确．【答案】 B8．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项目，试判断正常工作时，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 hA BFS－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空调机额定电压220 V工作频率50 Hz制冷/制热电流6.2 AC D【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，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下列中的( )【解析】 判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流．由P ＝U 2R和已知条件可知，R A <R B .对于A 电路，由于R A <R B 所以U B >110 V ，B 灯被烧毁，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，若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 A －I B )×110 W，而D 电路中变阻器功率为(I A ＋I B )×110 W，所以C 电路中消耗的电功率最小．【答案】 C10.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.当开关打开时，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( )A ．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 1I 0＝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 ，但只有一部分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)若电网电压为200 V ，求电炉的实际功率；(3)在220 V 电压下，如果平均每天使用电炉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，根据P ＝IU 、I ＝U R 得R ＝U 2/P ＝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 ＝2002/24.2 W ＝1 653 W.(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＝1.5 Ω.电动机正常工作时，电压表的示数U 1＝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．【解析】 (1)电动机正常工作时，总电流为：I ＝U 1R 1＝3.01.5A ＝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，根据能量守恒为：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。
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——教学资料参考参考范本——【高中教育】最新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______年______月______日____________________部门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＝U2t；在非纯电阻电路中：W＞Q。
R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＝＝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＝＝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。
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＋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，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r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＝I2Rt。
(×)(3)非纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。
(√)(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。
电功、电功率的计算1．串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配P1P2＝R1R2P1P2＝R2R1功率关系P＝P1＋P2＋…＋P n P＝P1＋P2＋…＋P n2．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U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。
(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⇒⇒哪个电路消耗能量最少[解析] 对灯泡有P＝UI＝，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 J B．3 V 3。
6 JC．6 V 1。
8 J D．6 V 3。
6 J解析：选D 设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2，通电的时间都为t。
由公式W1＝U1q1和W1＝t可得：U1＝3 V，＝0。
1 s·Ω－1。
再由W2＝U2q2和W2＝t可求出：U2＝6 V，W2＝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＝得R＝＝Ω＝24。
2 Ω当电压为U′＝200 V时，电炉的实际功率为P′＝＝W≈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度电功与电热的区别和联系1．纯电阻电路与非纯电阻电路对比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用电器欧姆定律服从欧姆定律I＝UR不服从欧姆定律U＞IR或I＜UR能量转化电流做功全部转化为内能电流做功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(1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t，P电＝P热＝UI＝I2R＝。
(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。
[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＝I2Rt及P热＝I2R计算电热和热功率。
而且W≠t，P≠，Q≠t，P热≠。
[典例] 规格为“220 V36 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]第一步抓关键点关键点获取信息排气扇规格为“220 V，36 W”接220 V电压电压和功率均达到额定值线圈电阻40 Ω可根据“220 V,36 W” 求出I，从而求出P热接上电源，电动机不转电路转化为纯电阻电路第二步找突破口(1)额定电压下，电流可据I＝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＝＝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 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′＝＝ A＝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＋I2R。
(2)电动机的效率：η＝。
(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＝＝Ω＝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＝I1U1＝0。
8×2 W＝1。
6 W。
电动机的机械功率P机＝P入－Ir＝(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/s2)。
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＝I2Rt，得：R＝＝Ω＝4 Ω。