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新人教版 必修三
第十二章 電能 能量守恒定律
第1節 電路中的能量轉化
這一章我們研究的是電路中的能量時怎樣轉化的？用能量守恒定律推導出的閉合電路的規律是怎樣的？自然界存在哪些能源？能源的利用與可持續發展有著怎樣的關系？
人類的活動里離不開能量。大量的事例說明，自發的能量轉移或轉化過程具有方向性。再能源的利用過程中，能量雖然是守恒的，但是可以利用的品質降低了。為了人類的可持續發展，需要我們節約和保護環境。
新課引入
現代生活中隨處都可以見到用電設備和用電器，例如電燈、電視、電熱水壺、電動汽車等。那么，你知道這些用電器中的能量是怎樣轉化的嗎？
學習任務一： 電功和電功率
電能轉化為其它形式的能，是通過
電流做功來實現的。
電動機通電時把電能轉化為機械能；
電熱水壺通電時，電能轉化為內能；
手機電池充電把電能轉化成化學能；
學習任務一： 電功和電功率
W=qU
q=It
（1）定義：電路中電場力對定向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。
（2）表達式：
W=UIt
適用一切電路
電流做功的實質：恒定電場對自由電荷的靜電力作正功，電勢能減小，其它形式的能增加。
（3）國際制單位：焦耳，符號是 J。
常用單位：千瓦時，俗稱“度”，符號是 kW·h。
1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J
1.電功
學習任務一： 電功和電功率
不同用電器做功的快慢不同，如何描述電流做功的快慢？
2.電功率
（1）定義：單位時間內電流所做的功
（2）表達式：
（3）標量,國際單位： 瓦 W
意義
比值定義法
適用一切電路
幾種常見家用電器的額定功率
用電路
29寸彩電
電熨斗
電冰箱
微波爐
臺燈
額定電壓（V）
220
220
220
220
220
額定功率（W）
～150
300～800
100～150
800～1200
40～60
用電器銘牌上所標稱的功率是額定功率，用電器在實際電壓下工作的功率是實際功率．
用電器只有在額定電壓下工作實際功率才等于額定功率．
拓 展
3.額定功率和實際功率：
全部將電能轉化成內能，沒有轉化其他能量。
根據不同的用電器可知，電能轉化為不同形式的能。
這些用電器消耗電能的方式主要是依靠電阻把電能轉化為內能，
學習任務二 ： 焦耳定律
若想求解用電器在導體通電時產生了多少熱量，該如何計算
1.理論探究：
這個關系最初是物理學家焦耳用實驗得到的，叫焦耳定律。
設在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試計算在時間t內電流通過此電阻產生的熱量Q。
據歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓為：U=IR
在時間t內電場力對電阻元件所做的功為：W=IUt=I2Rt
由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功W等于電熱Q
所以產生的熱量為：Q=I2Rt
學習任務二： 焦耳定律
學習任務二： 焦耳定律
2.實驗演示
(1)．內容：電流通過導體時產生的熱量Q等于電流I的二次方、導體的電阻 R 和通電時間 t 三者的乘積 ．
(3).適用范圍：適用于純電阻電路，也適用于非純電阻電路．
純電阻電路：只含有電阻的電路、如電爐、電烙鐵、白熾燈等。
非純電阻電路：電路中含有電動機或有電解槽的電路．
　
3.焦耳定律
(2)．表達式：Q＝I2Rt.
學習任務二： 焦耳定律
學習任務二： 焦耳定律
(1)單位時間內導體的發熱量叫做熱功率;
(2)熱功率等于通電導體中電流I的二次方與導體電阻R的乘積。
P熱=I2 R
P=UI
（一切電流做功的功率）
總功率
（專指電流發熱的功率）
熱功率
4.熱功率：
學習任務三 ： 電路中的能量轉化
如圖，當電動機接上電源后，會帶動風扇轉動，這里涉及哪些功率？功率間的關系又如何？
思考討論：
如果電路中有電動機或者正在充電的電池，那么電能除了轉化為內能之外，還轉化為機械能和化學能。
(1).純電阻電路：只含電阻、熱得快、白熾燈、電爐、被卡住的電動機等元件的電路。
電流做功特點：電能全部轉化為導體的內能。電功W等于熱功Q。
R
電功
電熱（內能）
100%
1.純電阻電路與非純電阻電路
學習任務三 電路中的能量轉化
(2).非純電阻電路：含電動機、電風扇、電解槽、正在充電的電池等元
件的電路。
電流做功特點：電能除了轉化為內能之外，還轉化為機械能或化學能。電功W大于熱功Q。
M
電功
電熱（內能）
部分
部分
其它能(機械能功化學能)
學習任務三 ： 電路中的能量轉化
學習任務三： 電路中的能量轉化
2.含電動機電路的分析
(1)電動機的輸入功率是電動機消耗的總功率，
(2)電動機的熱功率是線圈上電阻的發熱功率，
(3)電動機的輸出功率（機械功率）
P入＝ P總＝ UI.
P熱＝I2r.
三者關系為：UI＝I2r＋P機 P出= P機＝UI－I2r
一臺電動機，線圈的電阻是 0.4 Ω，當它兩端所加的電壓為 220 V 時，通過的電流是 5 A。這臺電動機發熱的功率與對外做功的功率各是多少？
解 由焦耳定律可知，電動機發熱的功率為
電動機消耗的電功率為
電動機消耗的電功率為
這臺電動機發熱的功率為10W，對外做功的功率為1090W。
例題
電動機正常工作時，屬于非純電阻電路。當電動機被卡住時，因無法對外做功，電能全轉化為熱能，相當于純電阻電路。
強化提升
當堂達標檢測
1．試根據串、并聯電路的電流、電壓特點推導：串聯電路和并聯電路各導體消耗的電功率與它們的電阻有什么關系？
【詳解】(1)串聯電路中電流處處相等，即
根據電功率公式可得
則串聯電路中
即串聯電路中各導體消耗的電功率與它們的電阻成正比。
(2)并聯電路中電壓處處相等，即
根據電功率公式 可得
則并聯電路中
即并聯電路中各導體消耗的電功率與它們的電阻成反比。
當堂達標檢測
2．電飯鍋工作時有兩種狀態：一種是鍋內的水燒干以前的加熱狀態，另一種是水燒干后的保溫狀態，如圖所示是電飯鍋的電路圖，R1是一個電阻，R2是加熱用的電阻絲。
(1)自動開關K接通和斷開時，電飯鍋分別處于哪種狀態？
(2)要使R2在保溫狀態下的功率是加熱狀態時的一半，R1：R2應該是多大？
當堂達標檢測
【詳解】(1)自動開關K接通時，R1被短路，電路中只有加熱用的電阻絲R2接入電路，由電功率公式 可知，電阻絲R2的功率大，電飯鍋處于加熱狀態；
K斷開時，R1與R2串聯，電路中電阻變大，電熱絲R2兩端電壓減小，電功率變小，電飯鍋處于保溫狀態。
(2)電飯鍋加熱時，R2的功率為
保溫時，R2的功率為
要使R2在保溫狀態下的功率是加熱狀態時的一半，即
聯立解得
當堂達標檢測
3．四個定值電阻連成圖所示的電路。 、 的規格為“ ”， 、 的規格為“ ”。請按消耗功率大小的順序排列這四個定值電阻，并說明理由。
當堂達標檢測
【詳解】 、的電阻值，
的電阻值，
根據電路的特點，通過燈 、 的電流相等，所以
因為 、并聯，兩端的電壓相等，則消耗的功率
因為通過燈 的電流大于通過燈 ，則消耗的功率
即
當堂達標檢測
4.如圖，輸電線路兩端的電壓U為220V ，每條輸電線的電阻R為 ，電熱水器A的電阻 為 。求電熱水器A上的電壓和它消耗的功率。如果再并聯一個電阻 為 的電熱水壺B，則電熱水器和電熱水壺消耗的功率各是多少？
【詳解】設熱水器消耗的功率為PA，電熱水壺消耗的功率為PB。
當S斷開時有
當S閉合時有
當堂達標檢測
5.某一用直流電動機提升重物的裝置如上圖所示，重物質量m=50kg，電源提供恒定電壓U=110V，不計各處摩擦，當電動機以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物時，電路中電流強度I=5A，求電動機線圈電阻R（g=10m/s2）。
v
U=110V
當堂達標檢測
P電= P熱+ P機
其中機械功率：
P機=mgv=50×10×0.9=450瓦
電功率：
P電=UI=110×5=550瓦
∴P熱=P電-P機=550-450=100瓦
∵P熱=I2R=100瓦
電動機線圈的電阻為4Ω。
∴R=4Ω
解：

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