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第十二章 电能 能量守恒定律
1. 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？
电饭锅和电风扇是常见的两种家电，二者的能量转化情况相同吗？
理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。
1.理解电功的概念，掌握电功和电功率计算公式，能进行有关的计算。（科学思维）
2.理解电功率和热功率的区别和联系，能区别纯电阻电路和非纯电阻电路。（科学探究）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
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课
堂
探究情景：如图一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，在t时间内通过这段电路任一横截面的电荷量：
则静电力做功： 　　　　　　
【探究一：电流做功的规律】
即： 　　　　　　
例如：电炉通电时，电能转化为内能；
电动机通电时，电能转化为机械能；
电池充电时，电能转化为化学能。
电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。
一、电功
1.定义：电场力(或电流)所做的功。
2.实质：电功是电能转化为其他形式的能的量度。
电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流I、这段电路两端的电压U、通电时间t三者的乘积。
4.单位：焦(J)、千瓦时(kW·h)。
　1kW·h＝3.6×106 J
3.公式:
适用范围：任何电路和元件
1.定义：单位时间内电流所做的功
物理意义： 表示电流做功的快慢
电流在一段电路上做功的功率P等于这段电路上的电流I与这段电路两端的电压U的乘积。
3.单位：瓦(W)、千瓦(kW)。
　1 kW＝103 W
二、电功率
适用范围：任何电路和元件。
2.公式:
几种常见家用电器的额定功率
4.额定功率和实际功率
额定功率:用电器在额定电压下工作的功率。
实际功率:用电器在实际电压下工作的功率。
用电器
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）
100～150
300～800
100～150
800～
1 200
40～60
例1.A、B、C三个灯泡按如图所示的方式连接时,各自消耗的实际功率相同，则RA:RB:RC为( 　)
A.1:1:1 B.1:2:2
C.2:1:1 D.1:4:4
A
C
B
D
电流的热效应
　 在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能全部转化为内能。
三、电热
定义:电流通过导体产生的热量。
电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢
猜想：电流的热效应与哪些因素有关呢？
电流I的大小
通电时间t的长短
电阻R的大小
【探究二：电流热效应规律】
焦耳定律探究
【探究实验】
控制变量法
【探究结论】
四、焦耳定律（实验定律）
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.定义式：Q＝I2Rt。
4. 适用于一切电路。
（包括纯电阻电路、非纯电阻电路中电热的计算）
3.焦耳热单位：焦(J)、千瓦时(kW·h)。
1.定义:单位时间内的发热量。
五、热功率
2.公式:
3.单位：瓦(W)、千瓦(kW)。
热功率P等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。
适用于一切电路
例2.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
B
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：
1.纯电阻电路：电能全部转化为内能；如白炽电灯、电炉、电热毯等，转子被卡住的电动机也是纯电阻器件
规律：
六、纯电阻电路和非纯电阻电路
电功等于电热：
电功率等于热功率：
欧姆定律：
可见：欧姆定律适用于纯电阻电路
2.非纯电阻电路：电能转化为内能和其他形式的能量；
如电路中含有电动机、电解槽等。
规律：
电功大于电热：
电功率大于热功率：
欧姆定律：
可见：欧姆定律不适用于非纯电阻电路
纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点
能量转化形式
U、I、R 三者关系
电路中只有电阻元件
电路中除了电阻元件还有把电能转化为内能和其他形式的能的元件
电能全部转化为内能
UIt=I2Rt→U=IR
电能只有一部分转化为内能，另一部分转化为机械能、化学能等其他形式的能量： UIt=I2Rt+E其他＞I2Rt
欧姆定律成立
欧姆定律不成立
【规律归纳】
电功 = 电热:
电功率=热功率：
电功：W= UIt
电热：Q=I2Rt
电功率：P=UI
热功率：P热=I2R
【规律比较】电功与电热的区别与联系
纯电阻电路
非纯电阻电路
大于
大于
电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。
电动机问题
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3：一个电动机，线圈电阻是0.4 ，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少
【解题关键】注意非纯电阻电路电功与电热的关系。
解析:根据能量守恒定律得: UIt = I2Rt +W
故电动机每分钟所做的机械功为:
W=(IU-I2R)t =(5×220-52×0.4) ×60J
=6.54×104 J
答案：6.54×104 J
互动探究：
（1）这台电动机的输入功率、发热功率、输出功率分别是多少？
（2）其效率是多少？
解析：电动机的输入功率等于输入端的电流和电压的
乘积，P入=UI=5×220W=1100W
发热功率P热=I2R=10W
输出功率P出=P入- P热=1090W
效率η= 100 % ≈99.1%
例4.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
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。
解：
R=4Ω
纯电阻电路：电能转化为内能
非纯电阻电路：
焦耳定律
热功率
电功
W=qU
单位：焦耳 J
电功率
单位：瓦特 W
电路中的能量和转化
1.（多选）关于电功，下列说法中正确的有 ( )
A.电功的实质是电场力所做的功
B.电功是电能转化为内能的量度
C.电场力做功是电能转化成其他形式能量的量度
D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
AC
2.（多选）计算任何用电器的电功率都适用的公式
是( )
CD
3.某电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是（　　）
A．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风
B．吹热风时通过电热丝的电流为4 A
C．吹热风时电热丝的功率为990 W
D．该电吹风中电动机的内电阻为440Ω
B
额定电压 220V
额定功率 热风时：990W
冷风时：110W
4.某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时，电路如图所示，电源电压恒为6V，电流表的量程为“0﹣0.6A”电压表量程“0﹣3V”，滑动变阻器的规格为“20Ω 2A”，灯泡L标有“3V 0.9W”字样（忽略灯丝电阻变化），在实验中为了保证所有元件的安全，下列判断正确的是（　　）
A．该电路中，变阻器R接入电路的阻值变化范围为0﹣20Ω
B．该电路消耗的总功率的变化范围为1.2W﹣3.6W
C．该电路中，电流表示数的变化范围为0.3A﹣0.6A
D．该电路中，电灯消耗功率的变化范围为0.4W﹣0.9W
D
5.有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A，若把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A。求：
（1）电动机正常工作时的输出功率。
（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器）
（1）转子不转时，电路为纯电阻电路，
r= =0.5Ω
电动机正常工作时，
P电=I2U2=1×2W=2W
电动机的热功率为
P热=I22r=12×0.5W=0.5W
电动机所做机械功的功率
P机= P电-P热=1.5W
（2）转子突然被卡住，电动机的发热功率为
P热= W =8W
解析：
6.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
【解析】由 P电= P热+ P机
机械功率：
P机=mgv=50×10×0.9=450W
电功率：
P电=UI=110×5=550W
P热=P电-P机=550-450=100W
由P热=I2R=100W
故，电动机线圈的电阻为4Ω。
得R=4Ω
生活不相信眼泪，唯有不停地奋斗，才能不断地完美。
名言警句

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