高中物理 第二章 焦耳定律 电路中的能量转化学案 教科版选修3-1-教科版高中选修3-1物理学案VIP免费

焦耳定律电路中的能量转化[学习目标定位]1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.掌握焦耳定律，弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别，能用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题.4.明确闭合电路中的功率及能量转化．一、电功和电功率1．电功：(1)定义：电场力移动电荷所做的功，简称电功．(2)公式：W＝UIt，此式表明电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I和通电时间t三者的乘积．(3)国际单位制中的单位是：焦耳，符号是J.2．电功率：(1)电流所做的功与做这些功所用时间的比值叫做电功率，它在数值上等于单位时间内电流所做的功．(2)公式：P＝＝UI，此式表明一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积．(3)国际单位制中的单位是：瓦特，符号是W,1W＝1J/s.二、焦耳定律热功率1．焦耳定律：(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.(3)焦耳热：电流通过电阻而产生的热量称为焦耳热．2．热功率：(1)电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值，叫做热功率．(2)公式：P热＝＝I2R.三、电路中的能量转化1．在纯电阻元件中，电流使电阻发热，电能全部转化为内能，电功率等于热功率，即P电＝P热．2．在电动机、电解槽等用电器中，电能要分别转化为机械能、化学能等，还有一部分转化为电阻的内能，这时P电＝P热＋P其他．3．式子IE＝IU＋I2r的物理意义是：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和.一、电功和电功率[问题设计]1在日常生活中，经常会用到家用小电器，例如电吹风、电熨斗等，它们都会分为几挡，像电吹风可以吹暖风和热风．它们都是通过电流做功把电能转化为热能的．1．电流做功的实质是什么？答案因电流是自由电荷在电场力作用下定向移动形成的，电流做功实质上是导体中恒定电场对自由电荷的电场力做功．2．设加在一段电路两端的电压为U，通过电路的电流为I，试推导t时间内电流做功的表达式及电功率的表达式．答案t时间内通过电路的总电荷量q＝It，电场力移动电荷做功W＝qU，故t时间内电流做功W＝UIt.又因为P＝，可得：P＝UI.[要点提炼]1．电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少量．2．电功的实质：电流通过一段电路所做的功，实质是电场力在这段电路中所做的功．3．电功率P＝＝IU，表示电流做功的快慢．二、焦耳定律和热功率[问题设计]1．某同学家中有一只电炉，电阻为50Ω，试计算该电炉接到220V电源上在100秒的时间内消耗的电能和产生的热量．答案I＝W＝UIt＝U··t＝t＝96800JQ＝W＝96800J.2．某同学家中有一电风扇，电阻为80Ω，当加上220V的电压时电流为0.25A，试计算该风扇工作100秒时间消耗的电能和产生的热量．答案W＝UIt＝5500JQ＝I2Rt＝500J3．通过上面的计算比较消耗的电能和产生的热量之间的关系．答案电炉消耗的电能和产生的热量相等．电风扇消耗的电能和产生的热量不相等．[要点提炼]1．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t；P＝P热＝UI＝I2R＝.2．非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路．W＝UIt＝Q＋E其他>Q＝I2Rt；P＝UI＝P热＋P其他>P热＝I2R.三、闭合电路中的功率[问题设计]根据闭合电路的欧姆定律，推导闭合电路中能量的转化关系，并解释各项的物理意义．答案根据E＝U内＋U外可得EI＝U内I＋U外I，式中EI表示电源提供的电功率，U外I表示外电路上消耗的电功率；U内I表示内电路上消耗的电功率．[要点提炼]1．闭合电路中的能量转化关系：EI＝U内I＋U外I，对于纯电阻电路该式可写为EI＝I2r＋I2R.电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的能力．2．电源的效率η＝×100%＝×100%.2一、电功、电功率、焦耳热、热功率例1下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝...