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新人教版 必修三
第十二章 电能 能量守恒定律
第1节 电路中的能量转化
这一章我们研究的是电路中的能量时怎样转化的？用能量守恒定律推导出的闭合电路的规律是怎样的？自然界存在哪些能源？能源的利用与可持续发展有着怎样的关系？
人类的活动里离不开能量。大量的事例说明，自发的能量转移或转化过程具有方向性。再能源的利用过程中，能量虽然是守恒的，但是可以利用的品质降低了。为了人类的可持续发展，需要我们节约和保护环境。
新课引入
现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动汽车等。那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？
学习任务一： 电功和电功率
电能转化为其它形式的能，是通过
电流做功来实现的。
电动机通电时把电能转化为机械能；
电热水壶通电时，电能转化为内能；
手机电池充电把电能转化成化学能；
学习任务一： 电功和电功率
W=qU
q=It
（1）定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。
（2）表达式：
W=UIt
适用一切电路
电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。
（3）国际制单位：焦耳，符号是 J。
常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是 kW·h。
1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J
1.电功
学习任务一： 电功和电功率
不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
2.电功率
（1）定义：单位时间内电流所做的功
（2）表达式：
（3）标量,国际单位： 瓦 W
意义
比值定义法
适用一切电路
几种常见家用电器的额定功率
用电路
29寸彩电
电熨斗
电冰箱
微波炉
台灯
额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W）
～150
300～800
100～150
800～1200
40～60
用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率．
用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率．
拓 展
3.额定功率和实际功率：
全部将电能转化成内能，没有转化其他能量。
根据不同的用电器可知，电能转化为不同形式的能。
这些用电器消耗电能的方式主要是依靠电阻把电能转化为内能，
学习任务二 ： 焦耳定律
若想求解用电器在导体通电时产生了多少热量，该如何计算
1.理论探究：
这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。
设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。
据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为：U=IR
在时间t内电场力对电阻元件所做的功为：W=IUt=I2Rt
由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q
所以产生的热量为：Q=I2Rt
学习任务二： 焦耳定律
学习任务二： 焦耳定律
2.实验演示
(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 ．
(3).适用范围：适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路．
纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁、白炽灯等。
非纯电阻电路：电路中含有电动机或有电解槽的电路．
　
3.焦耳定律
(2)．表达式：Q＝I2Rt.
学习任务二： 焦耳定律
学习任务二： 焦耳定律
(1)单位时间内导体的发热量叫做热功率;
(2)热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。
P热=I2 R
P=UI
（一切电流做功的功率）
总功率
（专指电流发热的功率）
热功率
4.热功率：
学习任务三 ： 电路中的能量转化
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？
思考讨论：
如果电路中有电动机或者正在充电的电池，那么电能除了转化为内能之外，还转化为机械能和化学能。
(1).纯电阻电路：只含电阻、热得快、白炽灯、电炉、被卡住的电动机等元件的电路。
电流做功特点：电能全部转化为导体的内能。电功W等于热功Q。
R
电功
电热（内能）
100%
1.纯电阻电路与非纯电阻电路
学习任务三 电路中的能量转化
(2).非纯电阻电路：含电动机、电风扇、电解槽、正在充电的电池等元
件的电路。
电流做功特点：电能除了转化为内能之外，还转化为机械能或化学能。电功W大于热功Q。
M
电功
电热（内能）
部分
部分
其它能(机械能功化学能)
学习任务三 ： 电路中的能量转化
学习任务三： 电路中的能量转化
2.含电动机电路的分析
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，
(3)电动机的输出功率（机械功率）
P入＝ P总＝ UI.
P热＝I2r.
三者关系为：UI＝I2r＋P机 P出= P机＝UI－I2r
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 由焦耳定律可知，电动机发热的功率为
电动机消耗的电功率为
电动机消耗的电功率为
这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为1090W。
例题
电动机正常工作时，属于非纯电阻电路。当电动机被卡住时，因无法对外做功，电能全转化为热能，相当于纯电阻电路。
强化提升
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1．试根据串、并联电路的电流、电压特点推导：串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系？
【详解】(1)串联电路中电流处处相等，即
根据电功率公式可得
则串联电路中
即串联电路中各导体消耗的电功率与它们的电阻成正比。
(2)并联电路中电压处处相等，即
根据电功率公式 可得
则并联电路中
即并联电路中各导体消耗的电功率与它们的电阻成反比。
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2．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干后的保温状态，如图所示是电饭锅的电路图，R1是一个电阻，R2是加热用的电阻丝。
(1)自动开关K接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？
(2)要使R2在保温状态下的功率是加热状态时的一半，R1：R2应该是多大？
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【详解】(1)自动开关K接通时，R1被短路，电路中只有加热用的电阻丝R2接入电路，由电功率公式 可知，电阻丝R2的功率大，电饭锅处于加热状态；
K断开时，R1与R2串联，电路中电阻变大，电热丝R2两端电压减小，电功率变小，电饭锅处于保温状态。
(2)电饭锅加热时，R2的功率为
保温时，R2的功率为
要使R2在保温状态下的功率是加热状态时的一半，即
联立解得
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3．四个定值电阻连成图所示的电路。 、 的规格为“ ”， 、 的规格为“ ”。请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由。
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【详解】 、的电阻值，
的电阻值，
根据电路的特点，通过灯 、 的电流相等，所以
因为 、并联，两端的电压相等，则消耗的功率
因为通过灯 的电流大于通过灯 ，则消耗的功率
即
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4.如图，输电线路两端的电压U为220V ，每条输电线的电阻R为 ，电热水器A的电阻 为 。求电热水器A上的电压和它消耗的功率。如果再并联一个电阻 为 的电热水壶B，则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少？
【详解】设热水器消耗的功率为PA，电热水壶消耗的功率为PB。
当S断开时有
当S闭合时有
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5.某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m/s2）。
v
U=110V
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P电= P热+ P机
其中机械功率：
P机=mgv=50×10×0.9=450瓦
电功率：
P电=UI=110×5=550瓦
∴P热=P电-P机=550-450=100瓦
∵P热=I2R=100瓦
电动机线圈的电阻为4Ω。
∴R=4Ω
解：

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