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第五章 電能與能源的可持續發展
第1節 電路中的能量
在電路中使用不同的用電器，會有不同的能量轉化。生活中有多種多樣的電器，這些電器將電能轉化成什么能量呢？
這些都是常用的家用電器，它們共同的特點是要消耗電能，靠電流做功來工作。如何計算電流做功的多少和電流做功的快慢呢？
1.理解電功、電功率的概念
2.知道焦耳定律，知道電功率與熱功率的區別和聯系
3.知道純電阻電路和非純電阻電路的區別，會結合實際問題區分電功和電熱
4.會分析閉合電路中的各種功率及進行相關運算
如圖，在一段電路中，電路兩端電壓為U，在t時間內，定向移動電荷量為q，則移動電荷靜電力做多少功？若電路中的電流為I，又可以怎樣表示靜電力做功？
電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流、通電時間三者的乘積。
靜電力做的功為：
一、電功和電功率
1.電功
對電功的理解：
電流做功的實質：導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。
意義：電流做功的過程是電勢能轉化為其他形式的能的過程，
即電功是電勢能（電能）轉化為其他形式的能的量度。
一、電功和電功率
1.電功
（3）單位：國際單位制：焦耳 ，簡稱 焦（J），常用單位有：千瓦時（kW·h），俗稱“度”。
　1kW·h＝3.6×106J
（1）定義：在一段電路中靜電力所做的功，也就是通常所說的電流所做的功，簡稱為電功。
（2）表達式：
（任何電路）
（4）物理意義：電功是電能轉化為其他形式能的量度。
一、電功和電功率
1.電功
某同學發現家里的電燉鍋上有兩個檔位，分別是快燉和慢燉，這兩個檔位的本質區別是什么呢？兩個檔位的電功相同嗎？
電燉鍋不同檔位做功的快慢不同，如何描述電流做功的快慢？
單位時間內電流所做的功
思考：
2.電功率
（4）物理意義：電功率表示電流做功的快慢。
（3）單位：國際單位制：瓦（W），常用單位：千瓦（kW），1kW=1000W
電流在一段電路中所做的功與通電時間之比叫做電功率
（2）表達式：
（任何電路）
（比值定義法）
W=UIt
P=UI
=UI
（1）定義：
一、電功和電功率
辨析用電器的額定電壓、額定功率、實際功率。
額定電壓：表示用電器正常工作時的電壓。
額定功率：是用電器長期正常工作時的最大功率，也就是用電器加上額定電壓時消耗的功率。
實際功率：用電器在工作中實際消耗的電功率。
若用電器在額定電壓下工作，則P實＝P額
若用電器工作電壓不等于額定電壓，則P實≠P額
通常情況下，P實≤P額
2.電功率
家電中有一類是通電發熱的用電器——電熱器。
1.為什么電熱器通電后會發熱呢？
當電流流過導體時，自由電子與金屬中的正離子會發生碰撞，電能轉化為內能。
2.導體通電發熱跟什么因素有關？導體通電發熱如何計算？
二、焦耳定律
通過電熱水器的電流大小為I，加熱管的電阻大小為R，電熱水器通電時間為t，推導電熱水器產生的熱量表達式。
二、焦耳定律
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。
純電阻元件
電流通過某導體產生的熱量，跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比。
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。
焦耳
二、焦耳定律
1.焦耳定律的內容
2.熱功率
熱功率：
（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。
（專指電流發熱的功率）
熱功率
二、焦耳定律
思考：左邊三個用電器和右邊兩個用電器有什么區別？都主要轉化為哪些能？
左邊主要轉化為內能即產生熱量，右邊除內能還有一部分電能轉化為機械能。
純電阻電路：將電能全部都轉化為內能的電路。只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路。
非純電阻電路：并非所有電能都轉化為內能的電路。除含有電阻外，還包含有電動機，電解槽等的電路。
3.純電阻電路與非純電阻電路
二、焦耳定律
焦耳定律適用于純電阻電路，也適用于非純電阻電路！
二、焦耳定律
4.電動機
電動機是一種非純電阻用電器，它把電能轉化為機械能和熱能。在電路計算中，歐姆定律不再適用。
（1）輸入功率：電動機的總功率；P入＝UI
（2）其他功率：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入＝P其他＋P熱
（5）電動機的效率：
二、焦耳定律
4.電動機
電路類型 純電阻電路 非純電阻電路
舉例 白熾燈、電爐、 電熨斗、電飯鍋 電動機、電解槽
能量轉化 情況
電功和電熱的關系
電功率和熱功率的關系
W＝Q即UIt＝I2Rt
P＝P熱 即UI＝I2R
W＝Q＋E其他
即UIt＝I2Rt＋E其他
P＝P熱＋P其他
即UI＝I2R＋P其他
純電阻和非純電阻電路的電功電熱比較：
三、閉合電路中的能量
1.式中反映了閉合電路中的能量轉化關系，式中左邊的EI表示電源提供的電功率，右邊的U外I和U內I分別表示外電路和內電路上消耗的電功率。
2.電源提供的能量一部分消耗在外電路上，轉化為其他形式的能；另一部分消耗在內阻上，轉 化為內能。
3.電動勢反映了電源把其他形式的能轉化為電能的能力。當電路通過相同的電流時，電源電動勢越大，電源提供的電功率越大，電源把其他形式的能轉化為電能的能力越強。
1.如圖，已知R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，則接入電路后這三只電阻的實際功率之比為（　　）
A．6∶3 ∶ 4
B．1 ∶ 2 ∶ 6
C．3 ∶ 6 ∶ 4
D．2 ∶ 1 ∶ 6
B
2.如圖所示，一個燈泡L和一個電動機M串聯接在電壓恒為U的電源上，電路中的電流為I，燈泡兩端的電壓為U1，電功率為P1，電阻為R1；電動機兩端的電壓為U2，電功率為P2，其線圈電阻為R2，則下列關系式正確的是（　　）
A．P1=UI
B．
C．P1+P2=UI
D．U1=U-IR2
C
3.微型吸塵器的直流電動機的內阻一定，為1 Ω，當加在它兩端的電壓為2.0 V時，電流為0.8 A，且能正常工作，求：
（1）它的額定輸入功率；
（2）工作時由導線發熱損失的功率；
（3）它的輸出功率。
解析：
（1）電動機的額定輸入功率為P額＝UI＝2.0×0.8 W＝1.6 W.
（2）電動機的發熱功率為P熱＝I2R＝0.82×1 W＝0.64 W.
（3）根據能量的轉化與守恒，電動機的輸出功率為
P出＝P額－P熱＝（1.6－0.64）W＝0.96 W.
1.電熱和熱功率
電熱：Q＝I2Rt，熱功率：P熱＝I2R。（可以計算任何電路產生的電熱和熱功率）
2.電功和電熱的關系
（1）在純電阻電路中：
（2）在非純電阻電路中：
3.閉合電路中的能量轉化
①電功和電熱相等，W＝Q＝UIt＝＝I2Rt；
②電功率和熱功率相等，P＝P熱＝UI＝I2R＝；
③歐姆定律成立：由UIt＝I2Rt 得：I＝
①電功大于電熱，W＝Q＋W其他，電功只能用W＝UIt計算，
電功率只能用P＝UI計算；
②電熱只能用Q＝I2Rt計算，熱功率只能用P＝I2R計算；
③歐姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.

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