高中物理人教版 (2019)必修 第三册电路中的能量转化学案

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一、电功和电功率
1．电功
(1)电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的________做功。电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的。
(2)电功的计算公式：W＝________。
单位：焦耳，符号为J。
常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝________ 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＝eq \f(W,t)＝________。
(3)单位：瓦特，符号为W。
(4)意义：表示电流做功的快慢。
(5)额定功率：额定功率是指用电器在额定电压下正常工作时所消耗的功率，此时流经用电器的电流就是它的额定电流。
(1)电功率越大，表示电流做功越多。( )
(2)由公式P＝eq \f(W,t)可知，时间越短，功率越大。( )
例1 A、B两灯的额定电压都是110 V，A灯的额定功率PA＝100 W，B灯的额定功率PB＝40 W，若将两灯同时接入电压恒为220 V的电路中，且使两灯均能正常发光，同学们设计了如图甲、乙所示的两种电路，则甲、乙两电路消耗的电功率之比为( )
A．2∶7 B．2∶5
C．5∶7 D．3∶7
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________________成正比，跟________________及________________成正比。这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律。
(2)表达式 Q＝________。
2．热功率
(1)定义：________________内的发热量称为热功率。
(2)公式：P热＝I2R。
电烙铁通电后，电烙铁的烙铁头热得能把金属熔化，而与电烙铁相连的导线却不怎么热，为什么？
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例2 (多选)(2024·江门市高二期中)电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，K是感温材料制造的开关。下列说法中正确的是( )
A．其中R2是供加热用的电阻丝
B．当开关K接通时电饭锅为保温状态，K断开时为加热状态
C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，eq \f(R1,R2)应为2∶1
D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，eq \f(R1,R2)应为(eq \r(2)－1)∶1
三、电路中的能量转化
1．电动机工作时的能量转化关系
(1)电动机从电源获得能量，一部分转化为____________，还有一部分转化为内能。
(2)电动机的简易模型及其功率、效率
①电动机消耗的功率(总功率)：P总＝UI。
②电动机的发热功率：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＝eq \f(P机,P总)×100%。
2．电池充电时的能量转化关系：电池从电源获得的能量一部分转化为电池的________能，还有一部分转化为内能。
(1)电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用。( )
(2)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。( )
(3)任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，且W＝Q。( )
例3 (多选)(2023·成都市金牛区协同外语学校高二期中)关于公式①P＝UI；②P＝I2R；③P＝eq \f(U2,R)；下列叙述正确的是( )
A．公式①适用于任何电路求电功率，公式①②适用于任何电路求热功率
B．在纯电阻电路中，①②③公式都适用于求电功率，也适用于求热功率
C．公式②在纯电阻电路中和非纯电阻电路中均可求电路的热功率
D．只要是求电路的热功率，公式②③均可以用
例4 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重力为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？
(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？
(3)10 s内电动机可以把物体A匀速提升多高？
(4)这台电动机的效率是多少？
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拓展 电动机两端的电压U与IRM有什么关系？试根据公式讨论说明。
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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，如电阻、电炉丝、小灯泡
电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器，如电动机、电解槽
能量转化
电能全部转化为内能：
W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t
电能转化为内能和其他形式的能：
W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋E其他
功率特点
电功率等于热功率：
P电＝P热＝UI＝I2R＝eq \f(U2,R)
电功率等于热功率与其他功率之和：
P电＝UI
P热＝I2R
P电＝P热＋P其他
欧姆定律
适用，I＝eq \f(U,R)
不适用，I