高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化备课ppt课件

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1．了解纯电阻电路和非纯电阻电路．2．理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象．3．能从能量守恒的观点感悟电路中的能量变化，理解电功和电热的区别．
1．如图所示，一段通电导体，AB为其中一小段，两端电压为U，导体中电流为I，自由电荷定向运动的方向如图所示．(1) 经过一段时间t，流入A截面的电荷量为多少？流出B截面的电荷量为多少？【答案】 流入A截面的电荷量为It；流出B截面的电荷量也为It.
活动一：分析电流做功，理解电功、电功率的概念
(2) 根据恒定电场的特点，时间t内AB这段导体中电流做的功相当于静电力做的功，试推导出电流做功的表达式．【答案】 电场力做功W＝qU，通过的电荷量为q＝It，故W＝IUt.
3．电流做功实质上是电场力对电荷做功，并将电能转化为其他形式的能，某同学从以上推导过程得出，电功的表达式W＝IUt及电功率的表达式P＝UI适用于任何电路，你同意这一观点吗？【答案】 同意．
1837年，焦耳在父亲的工厂里装配了用电池驱动的磁电机，并对它进行了多方面的实验测试.1838年，在父亲的支持下，焦耳在工厂里建造了一个实验室，开始了他最初的实验研究，在测试中，焦耳注意到电机和电路中的发热现象，他想到这和机件运转中的摩擦生热一样，都是动力损失的原因，这促使他对电流的热效应进行了定量研究．
活动二：了解焦耳定律是实验定律，理解电热的概念
焦耳首先把电阻丝盘绕在玻璃管上，做成一个电热器．然后把电热器放入一个玻璃瓶中，瓶中装有已知质量的水，给电热器通电并开始计时，他用鸟羽毛轻轻搅动水，使水温度均匀．从插在水中的温度计可随时观察到水温的变化，同时，他用电流计测出电流的大小．焦耳把这种实验做了一次又一次，1840年12月17日，年仅24岁的焦耳向皇家学会递交了“关于伏打电产生的热”的论文，详细描述了他的实验装置、实验过程，以及通过精确测量所得到的发现：当一种已知量的伏打电在已知时间内通过一金属导体时，无论该金属导体的长度、直径和无论是何种金属，其所放出的热总是与它的电阻及通过导体的电流强度的平方成正比．
1．对物理现象的研究通常有理论探究和实验探究两种途径，焦耳是通过什么途径研究电流在导体中的发热规律的？【答案】 通过实验探究． 2．焦耳最初是把电阻丝盘绕在玻璃管上，做成一个电热器．他测试的结论也适用于其他用电器吗？【答案】 适用．他做了大量的实验，把这种实验做了一次又一次，这一规律适用于任何用电器．
3．电路中产生的热量通常称为电热，单位时间内的发热量通常称为热功率．根据焦耳定律可知，电热 Q＝I2Rt，热功率P＝I2R.思考与讨论：电功和电热相等吗？电功率和热功率相等吗？为什么？【答案】 两者都不一定相等．因为有些用电器中电流做的功不仅转化为电热，还可能转化为其他能．
我们日常生活中会遇到各种各样的用电器，这些用电器通过电流做功把电能转化为其他能，根据转化后的能量不同，我们把电路分为纯电阻电路和非纯电阻电路．电能全部转化为内能的电路叫作纯电阻电路，电能转化为其他能和内能的电路叫作非纯电阻电路．1．列举日常生活中遇到的用电器，说说这些用电器中电能转化为什么能？【答案】 白炽灯、电炉：电能转化为内能；电动机、电风扇：电能转化为机械能和内能；电解槽：电能转化为化学能等．
活动三：从能量转化角度区分纯电阻电路和非纯电阻电路，进行电功、电热的相关运算
2．完成下表，理解什么是纯电阻电路，什么是非纯电阻电路．
W＝Q＋E其他即UIt＝I2Rt＋E其他
P＝P热＋P其他即IU＝I2R＋P其他
4．四个定值电阻连成如图所示的电路．RA、RC的规格为“10 V　4 W”，RB、RD的规格为“10 V　2 W”．请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由．
【答案】 根据电阻的规格可以知道RA＝RCPA> (PB＋PC)．对于RB、RC并联部分，由于电压相等，RC的电阻小，因此PC>PB.所以PD>PA> PC > PB.
1．下列关于电功W和电热Q的说法正确的是(　　)A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝QB．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于QC．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立
【解析】 W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路W＝Q，在非纯电阻电路中W＞Q，B正确，A、C、D错误．
【解析】 电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2 860 W.用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故C正确．
2．室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器．如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不能同时使用的是(　　)A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器
3．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行．一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图所示，此空调运行1小时用电 (　　)A．1.0度B．1.5度C．2.0度D．2.5度
4．如图所示为甲、乙两灯泡的I－U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率约为(　　)A．15 W、30 WB．30 W、40 WC．40 W、60 WD．60 W、100 W
【解析】 从图像的横坐标(U)为220 V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A，则P甲＝UI甲≈40 W，P乙＝UI乙≈60 W，C正确．
5．三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10 W，现将其中的两只灯泡串联起来后再与第三只灯泡并联接在电路中，则整个电路允许消耗的最大功率为(　　)A．30 WB．20 WC．15 WD．10 W
6．A、B为“220 V　100 W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220 V　40 W”的两盏相同的灯泡．现将四盏灯泡接成如图所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为(　　)A．PA＝PB，PC＝PDB．PA＝PD＞PB＝PCC．PD＞PA＞PB＞PCD．PB＞PC＞PD＞PA
7．日常生活用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到的热风可将头发吹干．设电动机线圈的电阻为R1，它与电热丝的电阻R2相串联，接到直流电源上，电吹风机两端的电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是(　　)A．IU＞PB．U＝I(R1＋R2) C．P＞I2(R1＋R2)D．P＝I2(R1＋R2)
【解析】 根据电功率的定义式P＝UI，可知A错误．消耗的电功率分为三部分：线圈消耗的热功率、电热丝消耗的热功率、电动机工作时的机械功率，故C正确，B、D错误．
8．如图所示，电阻R1＝20 Ω，电动机的内阻R2＝10 Ω.当开关断开时，电流表的示数是 0.5 A，当开关闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，此时电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　　)A．I＝1.5 AB．I >1.5 AC．P＝15 WD．P＜15 W
【解析】 当开关断开时，根据U＝IR算出电源电压为10 V，开关闭合后，电阻R1中的电流没变，电动机两端电压也为10 V．此电压不可能全部在电动机的内阻上，故电动机中的电流不可能达到1 A，所以总电流小于1.5 A．据P＝UI可知电源的功率也小于15 W．D正确，A、B、C错误．
9．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干以后的保温状态．如图所示是电饭锅的电路图，R1是电阻，R2是加热用的电阻丝．
(2) 电动机的输出功率P出；【答案】电动机消耗的总功率P＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W，电动机的热功率P热＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W，电动机的输出功率P出＝P－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W.(3) 电动机的效率．