高中物理1 电路中的能量转化一等奖教案

课 时 教 案

第 12 单元             第  1  案               总第 24 案

课题： §12. 1  电路中的能量转化  

【教学目标与核心素养】

1．理解电功、电功率、焦耳定律、热功率的概念，能进行有关计算

2．知道电功率与热功率的区别和联系

3．理解纯电阻、非纯电阻电路

【教学重点】

1．电功、电功率、焦耳定律、热功率

2．非纯电阻电路中的能量转化

【教学难点】

1．非纯电阻电路中的能量转化

【教学过程】

引入：初中我们学过，用电器通电时，电能可以转化为其它形式的能，（学生举例），原因是电流做了功。由功是能量转化的量度可知，电流做功的过程即是电能转化为其它形式能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其它形式的能，什么是电流做功，电能是怎样转化的，本节课我们就来学习这方面的内容。

一、电功和电功率

1.电功：

⑴定义：电流做功，简称电功。

电流做功的实质：是导体中的恒定电场对导体中自由电荷的静电力做功。电荷的电势能减少，其它形式的能增加。

即：电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。

⑵公式：移动的电荷     

联立以上两式得：     （这是计算电功普遍适用的公式）

上式表示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。

⑶单位： J    （kWh：1 kWh=1000 W×3600 s=3.6×106 J）

2.电功率：

⑴定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率（electric power），数值上等于单位时间内电流所做的功

表达式：     （这是计算电功率普遍适用的公式）

公式表示：电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的电压U与电流I的乘积。

⑵单位：W    kW

⑶物理意义：描述电路中电流做功快慢的物理量。

二、焦耳定律（电热）：

电流做功消耗的是电能，电能转化为哪些形式的能，由电路中元件决定。若电路中只有电热元件（纯电阻），如电炉、白炽灯，电能全部转化为导体的内能。

即：    

联立以上两式得：，此表达式称为焦耳定律

1．内容：电流流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．单位：J

（焦耳定律是电流热效应的实验定律，是计算电热的普遍适用的公式）

纯电阻电路中，还可以写成：；非纯电阻电路中，如含有电动机，电解槽等元件的电路，“U”不再是导体两端电压，计算时只能用

3．热功率：

⑴定义：电流发热的功率。数值上等于单位时间内的发热量

⑵公式：（这是计算热功率普遍适用的公式）

⑶单位：W    kW

三、电路中的能量转化

焦耳定律讨论了电路中电能完全转化为内能的情况， 但是实际中有些电路除含有电阻外还含有其他负载。

1．纯电阻电路和

在纯电阻电路中，如由白炽灯、电炉丝等元件构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，电功率等于热功率。

只有在纯电阻电路中，欧姆定律I=才成立。

即有：W=Q = IU t = I2Rt =t

P= IU = I2R =

2．非纯电阻电路

在非纯电阻电路中，如由电动机、电解槽等元件构成的电路，电流做功将电能转化为内能和其他形式的能。电功大于电热。

如：含有电动机电路中： 电能→损失的能量（转化为内能）和机械能  

即：

电动机两端的电压为U，通过其中的电流为I

电功用公式    电功率用公式

热功率       

含有电解槽电路中：  电能→内能和化学能     

对于正在充电的电池，电能除了转化为化学能之 外，还有一部分转化为内能。

电功与电热间的数量关系：W ≥Q

完成教材P82例题，教师点评完善步骤的书写过程。

例1．关于三个公式P= IU，P= I2R，P =的适用范围，以下说法正确的是（ BC ）

A.第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率

B.在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率

C.在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义

D.由U=IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率

例2．一个电动机，线圈电阻r=0.4Ω，当它两端所加的电压为U=220V时，通过的电流I=5A，试求：

⑴电动机消耗的电功率P电 ( 1100W)

⑵电动机的发热功率P热（电流流过电动机线圈时有内能产生）( 1.0W)

⑶转化为机械能的功率P机  ( 1090W)

⑷电动机的输入功率 ( 1100W )

⑸电动机的输出功率( 1090W )

⑹电动机的效率 ( 99% )

练1．有一白炽灯泡，标有“220V，40W”，求该灯泡的额定电流I额=  2/11  A，正常工作时的电阻R=  1210  Ω

练2．如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6Ω，R=10Ω，U=160 V，电压表的读数为110 V，求：

⑴通过电动机的电流是多少？( 5A )

⑵输入到电动机的电功率是多少？( 550W )

⑶在电动机中发热的功率是多少？( 15W )

⑷电动机工作1 h所产生的热量是多少？( 5400J )

小结：

作业：