必修 第三册1 电路中的能量转化精品精练

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【学习目标】
1、通过实例分析，理解电能转化为其他形式的能是通过电流做功来实现的，加深对功与能量转化关系的认识。
2、通过推导电功公式和焦耳定律，理解电功、电功率和焦耳定律，能用焦耳定律解释生产、生活中的相关现象。
3、从能量的转化和守恒角度分析非纯电阻电路中的能量转化，理解电功和电热的区别和联系。
4、联系生活中的电风扇、空调、电动机等电器设备，体会能量转化与守恒思想，增强理论联系实际的意识。
【学习重难点】
学习重点：电功概念的建立和理解。
学习难点：对包含电动机的电路中的能量转化的实例分析。
【知识回顾】
1、用电器在工作过程中将电能转化为内能、机械能等其他形式的能。
2、电功的计算式W＝UIt适用于一切电路。
3、电功的单位：国际单位：焦耳（J），常用单位：千瓦时（kWh），换算：1kWh＝3.6×106J。
4、电功率的定义式：P＝Wt适用于一切电路。
5、电功率的单位：国际单位：瓦特（W），常用单位：千瓦（kW），换算：1kW＝103W。
6、可以用伏安法测量电功率。
7、用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）叫额定电压。用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）叫额定功率。用电器实际工作时的电压叫实际电压。用电器在实际电压下的功率叫实际功率。
8、焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。数学表达式为Q＝I2Rt，适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。
9、纯电阻电路是指用电器只有电阻和灯泡的电路。
【自主预习】
1、电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。
2、P＝UI指一切电流做功的功率，是总功率。P＝I2R专指电流发热的功率，称为热功率。
3、在非纯电阻电路中，电功用W＝UIt计算，电热用Q＝I2Rt计算。两者的关系是UIt>I2Rt。这说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路。
4、对于电动机，P输入＝UI，P热＝I2r。P输入＝P输出+P热。
【课堂探究】
第一部分 电功和电功率
思考1：电热水壶、电动机通电时，手机电池充电时，能量是怎样转化的？
电热水壶通电时，电能转化为内能。
手机电池充电把电能转化成化学能。
电动机通电时把电能转化为机械能。
思考2：电能转化为其它形式的能，是怎样实现的？
电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。
思考3：电流做功的实质是什么？
电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。
电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。
计算式：W＝UIt，适用于一切电路。
推导：
∵q＝It、W＝Uq
∴W＝UIt
物理意义：电功是表示量度电能转化为其它形式的能的多少的物理量。
电功的决定因素：电功与通过用电器的电量（通过用电器的电流和通电时间）和用电器两端的电压成正比。
电功是标量。
单位：国际单位：焦耳（J），常用单位：千瓦时（kWh），换算：1kWh＝3.6×106J
测量：①用电能表测量；②用伏安法测量。
电功率：单位时间内电流所做的功。（比值定义法）
定义式：P＝Wt，适用于一切电路。
电功率是标量。
单位：国际单位：瓦特（W），常用单位：千瓦（kW），换算：1kW＝103W
测量：伏安法测量电功率。
额定电压：用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）。
额定功率：用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）。
实际电压：用电器实际工作时的电压。
实际功率：用电器在实际电压下的功率。
第二部分 焦耳定律
焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。
数学表达式：Q＝I2Rt
推导：
∵W＝Q、W＝UIt、I＝Qt，
∴Q＝I2Rt。
焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。
思考1：如果电功将全部的电能都转化为内能，则电功率的计算式应怎样改写？结合焦耳定律的表达式，电功率的计算式会变成怎样？
P＝Wt＝Qt，代入Q＝I2Rt，得P＝I2R
思考2：P＝UI与P＝I2R有何区别？
P＝UI指一切电流做功的功率，是总功率。P＝I2R专指电流发热的功率，称为热功率。
单位时间内导体的发热量叫做热功率。
热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。
第四部分 电路中的能量转化
纯电阻电路：只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。
非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转化为内能和其它形式的能。
思考1：两种电路中的电能怎样计算？产生的热量怎样计算？说明了什么？
电功都是W＝UIt，热量都是Q＝I2Rt
在纯电阻电路中，Q指某段电路在某段时间内消耗的全部电能。在非纯电阻电路中，Q指转化为内能的那部分电能。
思考2：非纯电阻电路中，消耗的电能与产生的热量之间有何关系？说明了什么？
UIt>I2Rt
在纯电阻电路中I＝UR，在非纯电阻电路中I