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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
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。
電能轉化為其它形式的能，是通過什么方式來實現的呢？
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.理解電功和能量轉化的關系
2.知道焦耳定律的物理意義
3.能從純電阻電路和非純電阻電路的角度區別電功和電熱
4.認識閉合電路中的能量關系
功和能量的變化密切相關。
功是能量轉化的標志和量度
重力做功對應著重力勢能轉化為動能，
電場力做功對應著電勢能轉化為動能，
做功的過程伴隨著能量的轉化過程，做了多少功就有多少能量發生了轉化，即某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等并且等于使能量轉化的功的多少
電能轉化為其它形式的能，是通過電流做功來實現的。
一、電功
用電器工作時，電流做功是什么力做功？
電場線向右
電荷定向移動方向向左
自由電子受電場力向左
電場力做正功
W=qU
q=It
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。
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。
W=UIt
適用一切電路
2. 電功表達式：
一、電功
3.意義：量度電能轉化為其它形式的能的多少。
5. 單位：J；1kW·h=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。
一、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.定義：電流在一段電路中所做的功與通電時間之比
3.表達式：
4.單位：W（1kW=103W）
5.測量方法：電壓表和電流表
適用一切電路
1.物理意義：描述電流做功的快慢
電流在一段電路中做功的功率等于這段電路兩端的電壓和電流的乘積
二、電功率
比值定義法
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。
三、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
焦耳定律適用于純電阻電路，也適用于非純電阻電路！
三、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
三、焦耳定律
三、焦耳定律
3.電功和熱量
思考：如果電路中還含有除電阻之外的其他負載，如電動機，電路中的能量又改如何轉化呢？
如電吹風機吹熱風時，消耗電能和產生熱量相等嗎？
電功
焦耳定律
電流所做的總功
電吹風機消耗的總電能
電吹風機 W ≠Q
只是電能轉化為內能的那部分能量
電流做功的功率
電功率
熱功率
電吹風機 P ≠ P熱
三、焦耳定律
4.電功率和熱功率
電流發熱的功率
機械能
內能
電能
消耗電能＞產生熱量
電功率＞熱功率
像吹風機這樣包含電動機的用電器
像熱水器這樣不包含電動機的用電器
內能
電能
消耗電能=產生熱量
電功率=熱功率
三、焦耳定律
只含有電阻的電路，把電能全部轉化為內能，如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路，白熾燈及轉子被卡住的電動機也是純電阻器件;
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，把電能轉化為內能和其它形式的能。
純電阻電路：
非純電阻電路：
三、焦耳定律
5.認識兩種電路
三、焦耳定律
6.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：
三、焦耳定律
6.電動機
電功與電熱的計算公式比較：
規律總結：無論是純電阻電路還是非純電阻電路，計算電功時都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，熱量都可以用Q＝I2Rt，熱功率都可以用P＝I2R，若用變形式時，就要考慮是否是純電阻電路。
三、焦耳定律
四、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.某電吹風簡化電路如圖所示，其主要部件為電動機M和電熱絲，部分技術參數如下表，電吹風在220 V電壓下工作。下列說法正確的是（　　）
A．開關S1、S2都閉合時電吹風吹冷風
B．吹熱風時通過電熱絲的電流為4 A
C．吹熱風時電熱絲的功率為990 W
D．該電吹風中電動機的內電阻為440Ω
B
額定電壓 220V
額定功率 熱風時：990W
冷風時：110W
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.在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路。當調節滑動變阻器R使電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數分別為0.5 A和 1.0 V；重新調節R使電動機恢復正常運轉時，電流表和電壓表的示數分別為2.0 A和15.0 V。求這臺電動機正常運轉時的輸出功率和電動機的線圈電阻。
電動機停止轉動，電路為純電阻電路。
電動機正常運轉，電路為非純電阻電路。
當電流表和電壓表的示數為0.5 A和1.0 V時，電動機停止工作，電動機中只有電動機的內阻消耗電能，其阻值r＝＝2 Ω，
當電動機正常工作時，電流表、電壓表示數分別為2.0 A和15.0 V，
則電動機的總功率P總＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W，
線圈電阻的熱功率P熱＝I22r＝2.02×2 W＝8.0 W，
所以電動機的輸出功率
P輸出＝P總－P熱＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W。
【解析】
電路中的
能量轉化
電功率
P=UI
做功的快慢
電功
W=UIt
（適用于一切電路）
焦耳定律
電熱：Q=I2Rt
熱功率：P熱=I2R
能量
轉化
P電=P機+P熱

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