2019人教版 物理必修三 第12章 第1节 电路中的能量转化 课件(共27张PPT)

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2019人教版 物理必修三 第12章 第1节 电路中的能量转化 课件(共27张PPT)

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第十二章 电能 能量守恒定律
12.1 电路中的能量转化
导入新课
现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器,如电灯、电热水壶、电动汽车、手机等。那么,你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗?
(1)电灯工作时,把电能转化为光能
(2)电热水壶工作时,把电能转化为内能
(3)电动机工作时,把电能转化为机械能
(4)手机电池充电时,把电能转化为化学能
………
1、一段电路两端的电压为U,通过的电流为I。
(1)在时间t内通过这段电路任一横截面的
电荷量表达式是什么?
(2)在时间t内将电荷由这段电路的一端移
动到另一端静电力所做功的表达式是什么?
一、电功和电功率
q=It
W=qU=UIt
2、静电力做功的快慢用什么物理量描述?
静电力做功的快慢用电功率描述
交流讨论
表达式是什么?
P=UI
1.电功
(1)定义:电流在一段电路中所做的功。
(2)公式:W=UIt 。
(3)单位:焦耳,符号J;常用单位:千瓦时(kW·h)
1 kW·h =3.6×106J。
(4)说明:
①实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做正功,电势能减小,其它形式的能增加。
②适用条件:任何电路。
一、电功和电功率
梳理深化
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:
公式表明:电流在一段电路上做功的功率 P 等于电流 I 跟这段电路两端电压U 的乘积。
(3)单位:瓦特,符号W。
(4)说明:
①意义:电流做功的快慢;
②适用条件:任何电路。
一、电功和电功率
【例1】有额定电压都是110 V,额定功率PA=100 W,PB=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,下列电路中消耗功率最小的电路是(   )
巩固提升
一、电功和电功率
C
A
D
C
B
练习1、把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的总功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论中正确的是(  )
A.P甲=P乙   B.P甲=3P乙 C.P乙=3P甲 D.P乙>3P甲


一、电功和电功率
B
1、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?
二、焦耳定律
电流产生的热与电阻有关
交流讨论
2、忽略能量损失,用电炉烧水时,电能是如何转化的?
电能全部转化为导体的内能;
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W=Q
守恒思想
3、由电功的公式、欧姆定律和W=Q,推导热量、电流和时间的关系式。
二、焦耳定律
W=UIt
U=IR
4、归纳热量、电流、电阻和时间的关系。
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
5、由电功率的公式、欧姆定律和W=Q,推导热功率的表达式。
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,跟导体的电阻及通电时间成正比。
(2)表达式:Q=I2Rt 。
(3)适用条件:任何电路。
梳理深化
二、焦耳定律
2.热功率
(1)表达式:P热=I 2R 。
(2)物理意义:表示电流发热快慢的物理量。
(3)适用条件:任何电路。
【例2】通过电阻R的电流为I 时,在时间t内产生的热量为Q;若电阻为2R,电流为 时,则在时间t内产生的热量为(  )
A.4Q    B.2Q   
C.     D.
巩固提升
二、焦耳定律
C
练习2、把家用电炉的电热丝剪去一小段后,继续使用,则在同样的时间内(  )
A.由Q=I2Rt可知,电炉的发热量减小
B.由Q=UIt可知,电炉的发热量不变
C.由Q= 可知,电炉的发热量增大
D.无法确定
二、焦耳定律
C
1、如图,当电动机接上电源后,会带动风扇转动,这里涉及哪些功率?功率间的关系又如何?
三、电路中的能量转化
涉及电功率、机械功率和热功率(能量损失)
交流讨论
电能转化为机械能和内能,功率间满足关系式:
2、把标有“220 V 40 W”的电热丝和“220 V 40 W”的电动机,它们并联后接到220 V的照明电路中,二者都能正常工作,它们在相同的时间内产生的电热相同吗?为什么?
不同
纯电阻电路
非纯电阻电路
三、电路中的能量转化
守恒思想
电热丝:电能全部转化为内能
电动机:电能转化为内能和机械能
功率关系
1.两种电路
纯电阻电路 非纯电阻电路
举例
能量转化情况
电功和电热的关系
梳理深化
三、电路中的能量转化
白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅
电动机、电解槽
W=Q
即 UIt=I2Rt
W=Q+E其他
即UIt=I2Rt+E其他
电功率和热功率的关系
欧姆定律是否成立
说明 三、电路中的能量转化
P=P热
即IU=I 2R
P=P热+P其他
即IU=I 2R+P其他
W=UIt、P电=UI 适用于任何电路计算电功和电功率
Q=I 2Rt、P热=I 2R 适用于任何电路计算电热和热功率
只有纯电阻电路满足W=Q,P电=P热;
非纯电阻电路W>Q,P电>P热
U=IR,I= ,
欧姆定律成立
U>IR,I< ,
欧姆定律不成立
2.电动机的功率和效率
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率:P总=UI。
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率:P热=I 2r。
(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率:
P机=P总-P热=UI-I 2r。
三、电路中的能量转化
(4)电动机的效率:η= ×100%。
(5)当电动机的转子被卡住时,所在电路就变成了纯电阻电路。
【例3】一台电动机,线圈的电阻是 0.4 Ω,当它两端所加的电压为 220 V 时,通过的电流是 5 A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少?
解析:电动机发热的功率:P热=I2R=52×0.4W=10W
电动机消耗的电功率:P电=UI=220×5W=1100W
电动机对外做功的功率:
P机=P电-P热=1100W-10W=1090W
巩固提升
三、电路中的能量转化
三、电路中的能量转化
【例4】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的线圈电阻。
解析:电动机停止工作时,电动机中只有电动机的线圈消耗电能,其阻值
三、电路中的能量转化
【例4】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的线圈电阻。
当电动机正常工作时,总功率: P总=U2I2=15.0×2.0W=30.0W
线圈电阻的热功率:P热=I22r=2.0 2×2W=8.0W
电动机的输出功率:P出=P总-P热=30.0W-8.0W=22.0W
三、电路中的能量转化
【例4】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的线圈电阻。
若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,该重物的质量为多少?(g=10 m/s2)
提示:P出=mgv,则
练习3、小型直流电动机(其线圈内阻为r=1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联,再与阻值为R=5 Ω的电阻串联,然后接至U=12 V的电源上,如图所示,小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作。求:
(1)通过电动机的电流;
(2)电动机的输出功率P出;
(3)电动机的效率。
三、电路中的能量转化
解析: (1)流经灯泡的电流 IL= = =1 A
流经电阻 R的电流
流经电动机的电流 I=IR-IL=0.6 A
练习3、小型直流电动机(其线圈内阻为r=1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联,再与阻值为R=5 Ω的电阻串联,然后接至U=12 V的电源上,如图所示,小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作。求:
(1)通过电动机的电流;
(2)电动机的输出功率P出;
(3)电动机的效率。
三、电路中的能量转化
(2)电动机消耗的总功率P′=ULI=4×0.6 W=2.4 W
电动机的热功率P热=I2r=0.62×1 W=0.36 W
电动机的输出功率P出=P′-P热=2.4 W-0.36 W=2.04 W
(3)电动机的效率η= ×100%= ×100%=85%
练习4、规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω。求:
(1)接上220 V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。
三、电路中的能量转化
解析:(1)排气扇在220 V电压下正常工作电流
I= = ≈0.16A
发热功率P热=I2R=0.162×40W=1W,
转化为机械能的功率P机=P-P热=(36-1)W=35W
练习4、规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω。求:
(1)接上220 V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。
三、电路中的能量转化
(2)扇叶被卡住不动后电动机相当于纯电阻,电能全部转化为内能,此时通过排气扇的电流
I′= = =5.5 A
电动机消耗的功率等于发热功率
P′=P热=I′U=5.5×220 W=1 210 W
由于发热量很大,将很快烧坏电动机线圈
课堂小结
课外拓展
随着家用电器的增多,特别是空调、电热器等大功率用电器的使用,引发的火灾事故越来越多,据统计,很大一部分电器火灾事故是导线、插座或开关等元件温度升高而导致的。请结合及本节课所学知识及本页视频,思考如何避免误操作导致的电器损坏,并将安全用电常识教给家人。

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