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第十二章 電能 能量守恒定律
第1節 電路中的能量轉化
1.理解電能轉化為其他形式的能是通過電流做功來實現的，理解電流做功的實質。
2.理解電功、電功率的概念，掌握焦耳定律，理解熱功率的概念。
3.理清電功和電熱的區別，能夠區分純電阻電路和非純電阻電路。
4.能從能量的轉化和守恒角度理解電路中的能量轉化。
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？
a、電流流過電爐
b、電流流過電解槽
c、電流流過電風扇
→電能轉化為熱能。
→電能轉化為化學能和熱能
→電能轉化為機械能和熱能
電能轉化為其它形式的能 電流做功
問題：分析能量是如何轉化的
知識點一：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；
1.電流做功的實質
2.電功
（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 = qU= UIt
W=qU
q=It
W=UIt
適用一切電路
（3）意義：量度電能轉化為其它形式的能的多少。
（5）標量,單位： J 1kWh=3.6×106J
（6）測量方法：電能表、伏安法等。
（4）決定因素：電功與通過用電器的電量（通過用電器的電流和通電時間）和用電器兩端的電壓成正比。
不同用電器做功的快慢不同，如何描述電流做功的快慢？
3.電功率
（1）定義：單位時間內電流所做的功
（2）表達式：
（3）標量,單位換算： W (1kW=103W)
（4）測量方法：電壓表和電流表
比值定義法
適用一切電路
額定功率:用電器在額定電壓下的功率（銘牌上標出的功率）
實際電壓:用電器實際工作時的電壓
實際功率:用電器在實際電壓下的功率
額定電壓:用電器正常工作時電壓（銘牌上標出的電壓）
常用電路
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
思考：電流做功，究竟電能會轉化為哪種形式的能量？
電能→內能
電能→機械能
電能→化學能
當電流只通過純電阻電路時，電流做功就會全部把電能轉化為內能。
光能
內能
內能
我們把導體通電時產生熱量的現象，稱為電流的熱效應。
知識點二：焦耳定律
電流通過電熱水器，電爐等電熱元件做功時，電能全部轉化為導體的內能。
電功等于電熱量（電熱）：
Q=W
W=IUt
電功：
歐姆定律：
U=IR
Q=I2 R t
1.焦耳定律：
（2）表達式：Q=I2 R t
（1）內容：電流通過導體時產生的熱量Q跟電流I的二次方、跟導體的電阻R及通電時間t成正比。
（適用一切產生電熱的電路）
焦耳
這個關系式最初是由焦耳通過實驗直接得到的，物理學中就把它叫作焦耳定律。
2.熱功率
（1）定義：
單位時間內電流通過導體發熱的功率叫做熱功率．
（2）表達式：
（僅適用產生電熱的電路）
W=Q
Q=I2 R t
P熱=I2 R
P=
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。
（3）單位：瓦(W)； 千瓦(kW)
P=UI
P=I2R
（一切電流做功的功率）
（專指電流發熱的功率）
熱功率
總功率
純電阻電路：
電能W
轉化
內能Q
P電=P熱
UI=I2 R
思考：區別熱功率與電功率。
1.純電阻電路：只含有電阻的電路、如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路，白熾燈等．服從歐姆定律
W＝Q UIt＝ I2Rt
P電＝P熱 UI＝ I2R
知識點三：電路中的能量轉化
2.非純電阻電路：電路中含有電動機在轉動或有電解槽在發生化學反應的電路．消耗的電能不全部轉化為熱能。 不服從歐姆定律。
兩種電路的比較:
兩種電路 比較內容 純電阻電路 非純電阻電路
元件特點
歐姆定律
能量轉化
元件舉例
電路中只要電阻元件
除電阻外還包括能把電能轉化為其他形式能的用電器
服從歐姆定律
不服從歐姆定律
I=
U＞IR或I＜
電流做功全部轉化為電熱即電能全部轉化為導體的內能
電流做功除轉化為內能外還要轉化為其他形式的能
電阻、電爐絲、白熾燈等
電動機、電解槽等
思考：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
①能量變化：
電能W
轉化
+內能Q
機械能
（損失的能量）
P電=P機+P損
②功率變化：
P損=P熱
P電=P機+P熱
1．輸入功率：電動機的總功率；P總＝UI
2．輸出功率：電動機做有用功的功率；
3．熱功率：電動機線圈上有電阻，電流通過線圈時要發熱； P熱＝I2r
4．功率關系：P總＝P出＋P熱
5．電動機的效率：
電動機問題：
【例題】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
P熱＝I 2R＝52 ×0.4 W＝10 W
電動機消耗的電功率為
P電＝UI＝220×5 W＝1 100 W
根據能量守恒定律，電動機對外做功的功率為
P機＝P電－ P熱＝ 1 100 W － 10 W＝1 090 W
這臺電動機發熱的功率為10 W，對外做功的功率為1 090 W。
電功與電熱的計算公式比較:
純電阻電路 非純電阻電路
電功
電熱
電功率
熱功率
W=IUt=I2Rt=
W=IUt
Q=IUt=I2Rt=
Q=I2Rt
P=IU=I2R=
P=IU=I2R=
P=UI
P=I2R
1.（多選）一根電阻絲在通過 2C 的電量時，消耗電能是8J。若在相同時間內通過4C的電量，則該電阻絲兩端所加電壓U和該電阻絲在這段時間內消耗的電能E分別為 （ ）
A．U＝4V B．U=8V
C．E＝16J D．E=32J
BD
2.下圖所示的電路中，三電阻串聯，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω,電路總電壓為U，各電阻消耗的功率分別為P1、P2、P3，則 P1：P2：P3等于( )
A.2：3：6 B.6：3：2
C.1：2：3 D.3：2：1
A
在串聯電路中，功率跟電阻成正比。
R1
R2
R3
3.某玩具的直流電動機線圈的電阻一定，在線圈兩端加上 0.3 V 的電壓時，電流為 0.3 A， 此時因電壓過低，電動機不能轉動。若在線圈兩端施加 2 V 的電壓，電流為 0.8 A，此時電動機正常工作。當正常工作時，該電動機的輸入電功率是多少？電動機的輸出機械功率是多少？
輸入功率 P 入 = 1.6 W
機械功率 P 機 = 0.96 W

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