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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
1.理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，理解电流做功的实质。
2.理解电功、电功率的概念，掌握焦耳定律，理解热功率的概念。
3.理清电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。
4.能从能量的转化和守恒角度理解电路中的能量转化。
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？
a、电流流过电炉
b、电流流过电解槽
c、电流流过电风扇
→电能转化为热能。
→电能转化为化学能和热能
→电能转化为机械能和热能
电能转化为其它形式的能 电流做功
问题：分析能量是如何转化的
知识点一：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；
1.电流做功的实质
2.电功
（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 = qU= UIt
W=qU
q=It
W=UIt
适用一切电路
（3）意义：量度电能转化为其它形式的能的多少。
（5）标量,单位： J 1kWh=3.6×106J
（6）测量方法：电能表、伏安法等。
（4）决定因素：电功与通过用电器的电量（通过用电器的电流和通电时间）和用电器两端的电压成正比。
不同用电器做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
3.电功率
（1）定义：单位时间内电流所做的功
（2）表达式：
（3）标量,单位换算： W (1kW=103W)
（4）测量方法：电压表和电流表
比值定义法
适用一切电路
额定功率:用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）
实际电压:用电器实际工作时的电压
实际功率:用电器在实际电压下的功率
额定电压:用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）
常用电路
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
思考：电流做功，究竟电能会转化为哪种形式的能量？
电能→内能
电能→机械能
电能→化学能
当电流只通过纯电阻电路时，电流做功就会全部把电能转化为内能。
光能
内能
内能
我们把导体通电时产生热量的现象，称为电流的热效应。
知识点二：焦耳定律
电流通过电热水器，电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能。
电功等于电热量（电热）：
Q=W
W=IUt
电功：
欧姆定律：
U=IR
Q=I2 R t
1.焦耳定律：
（2）表达式：Q=I2 R t
（1）内容：电流通过导体时产生的热量Q跟电流I的二次方、跟导体的电阻R及通电时间t成正比。
（适用一切产生电热的电路）
焦耳
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.热功率
（1）定义：
单位时间内电流通过导体发热的功率叫做热功率．
（2）表达式：
（仅适用产生电热的电路）
W=Q
Q=I2 R t
P热=I2 R
P=
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。
（3）单位：瓦(W)； 千瓦(kW)
P=UI
P=I2R
（一切电流做功的功率）
（专指电流发热的功率）
热功率
总功率
纯电阻电路：
电能W
转化
内能Q
P电=P热
UI=I2 R
思考：区别热功率与电功率。
1.纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯等．服从欧姆定律
W＝Q UIt＝ I2Rt
P电＝P热 UI＝ I2R
知识点三：电路中的能量转化
2.非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路．消耗的电能不全部转化为热能。 不服从欧姆定律。
两种电路的比较:
两种电路 比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点
欧姆定律
能量转化
元件举例
电路中只要电阻元件
除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器
服从欧姆定律
不服从欧姆定律
I=
U＞IR或I＜
电流做功全部转化为电热即电能全部转化为导体的内能
电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能
电阻、电炉丝、白炽灯等
电动机、电解槽等
思考：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
①能量变化：
电能W
转化
+内能Q
机械能
（损失的能量）
P电=P机+P损
②功率变化：
P损=P热
P电=P机+P热
1．输入功率：电动机的总功率；P总＝UI
2．输出功率：电动机做有用功的功率；
3．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热； P热＝I2r
4．功率关系：P总＝P出＋P热
5．电动机的效率：
电动机问题：
【例题】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
P热＝I 2R＝52 ×0.4 W＝10 W
电动机消耗的电功率为
P电＝UI＝220×5 W＝1 100 W
根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为
P机＝P电－ P热＝ 1 100 W － 10 W＝1 090 W
这台电动机发热的功率为10 W，对外做功的功率为1 090 W。
电功与电热的计算公式比较:
纯电阻电路 非纯电阻电路
电功
电热
电功率
热功率
W=IUt=I2Rt=
W=IUt
Q=IUt=I2Rt=
Q=I2Rt
P=IU=I2R=
P=IU=I2R=
P=UI
P=I2R
1.（多选）一根电阻丝在通过 2C 的电量时，消耗电能是8J。若在相同时间内通过4C的电量，则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为 （ ）
A．U＝4V B．U=8V
C．E＝16J D．E=32J
BD
2.下图所示的电路中，三电阻串联，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω,电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则 P1：P2：P3等于( )
A.2：3：6 B.6：3：2
C.1：2：3 D.3：2：1
A
在串联电路中，功率跟电阻成正比。
R1
R2
R3
3.某玩具的直流电动机线圈的电阻一定，在线圈两端加上 0.3 V 的电压时，电流为 0.3 A， 此时因电压过低，电动机不能转动。若在线圈两端施加 2 V 的电压，电流为 0.8 A，此时电动机正常工作。当正常工作时，该电动机的输入电功率是多少？电动机的输出机械功率是多少？
输入功率 P 入 = 1.6 W
机械功率 P 机 = 0.96 W

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