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第十二章 电能 能量守恒定律
第1节 电路中的能量转化
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？
q=It
W=qU=UIt
思 考
静电力所做功等于这段电路两端电压、电路中电流、通电时间三者的乘积．在一段电路中静电力所做的功,也就是通常所说的电流所做的功,简称为电功．
1.电功
(1)定义：电流在一段电路中所做的功
(2)公式：W＝UIt （适用任何电路）
(3)单位：焦耳，符号J；常用单位：千瓦时(kW·h)，日常生活中称“度”
1 kW·h ＝3.6×106J
(4)物理意义：电功是电能转化成其它形式的能的量度
(5)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。
一、电功和电功率
一、电功和电功率
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： （适用任何电路）
(3)单位：瓦特，符号W
常用单位：千瓦，1kW=1×103W
(4)物理意义：表示电流做功快慢的物理量
【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(　 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(　 B 　)
A．P甲＝P乙　　 B．P甲＝3P乙 C．P乙＝3P甲 D．P乙＞3P甲
甲
乙
电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？英国物理学家焦耳做了大量实验，并得出结论：导体产生的热量与导体电阻、通过导体的电流、通电时间有关。
英国著名物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
1．内容：电流通过导体时产生的热量Q 等于电流 I 的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积 。
2．表达式：Q＝I 2Rt （适用任何电路）
焦耳定律的微观解释：电流通过导体时，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高。
3．热功率：单位时间内导体的发热量叫做热功率，表示单位时间内产生热量快慢的物理量。
二、焦耳定律
（适用任何电路）
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
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
思 考
纯电阻 将电能全都转化为内能的电路元件
如：白炽灯、电热丝、被卡住的电动机等
全都由纯电阻元件组成的电路称为纯电阻电路
W电= Q热
非纯电阻 电能部分转化为内能还部分转化为其它形式能量的元件
如：电动机，电解槽等
有非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路
W电＞ Q热
三、电路中的能量转换
1. 纯电阻电路中
计算电功时，只能用W=IUt； 计算电功率时，只能用P=IU
计算电热时，只能用Q=I 2Rt； 计算电热功率时，只能用P=I 2R
欧姆定
律成立
三、电路中的能量转换
W=Q，即UIt =I 2Rt
计算电功和电热时 W = Q =UIt =I 2Rt =
计算电功率和热功率时 P =UI =I 2R =
U >IR
欧姆定律不成立
2. 非纯电阻电路中
W>Q，即IUt >I 2Rt
(1)输入功率：电动机消耗的总功率 P入＝UI
(2)热功率： 线圈上电阻的发热功率 P热＝I 2r
(3)输出功率：电动机将电能转化为机械能的功率，也称机械功率
P出＝P入-P热=IU－I2r
电动机（非纯电阻元件）的“三个功率和效率”
三、电路中的能量转换
(4)电动机的效率：
注意：当电动机的转子被卡住时，就变成了纯电阻。
【例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( C　 )
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
【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？
练习2、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。
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
(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
三、电热Q 定义： 电流通过导体产生的热量.
公式：Q=I2Rt 单位：J
焦耳定律：电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R 和通电时间 t 三者的乘积 ．
一、电功W 定义：电场力(或电流)所做的功.
公式：W=IUt 单位：J 1kWh=3.6×106J
二、电功率P 定义：单位时间内电流所做的功
公式：P=W/t=IU 单位：W kW
四、热功率P热 定义：单位时间内的发热量
公式：P热=Q/t=I2R 单位：W kW
对纯电阻电路：
电功=电热
电功率=热功率
对非纯电阻电路：
电功>电热
电功率>热功率
课堂小结

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