第十二章電能能量守恒定律12.1電路中的能量轉(zhuǎn)化目錄124電功和電功率焦耳定律小結(jié)和練習(xí)3電路中的能量轉(zhuǎn)化?問(wèn)題導(dǎo)入現(xiàn)代生活中隨處都可以見(jiàn)到用電設(shè)備和用電器，例如電燈、電視、電熱水壺、電動(dòng)汽車(chē)等。那么你知道這些用電器中的能量是怎樣轉(zhuǎn)化的嗎？電功和電功率011電功初中我們就知道：電熱水壺通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電動(dòng)機(jī)通電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；那么電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能是如何實(shí)現(xiàn)的呢？1電功電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過(guò)電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電流做功的實(shí)質(zhì)是，導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力在做功。自由電荷在靜電力的作用下做定向移動(dòng)，結(jié)果電荷的電勢(shì)能減少，其他形式的能增加。1電功如圖所示，電荷從左向右定向移動(dòng)，它們經(jīng)過(guò)這段電路所用的時(shí)間記為t。在這一段時(shí)間時(shí)間內(nèi)通過(guò)這段電路任一截面的電荷量為

q＝It如果這段電路兩端的電勢(shì)差為U，靜電力做的功就是W＝qU＝UIt1電功1．定義：導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力定向移動(dòng)電荷所做的功，簡(jiǎn)稱(chēng)電功，通常也說(shuō)成電流做的功；2．公式：電流在一段電路中所做的功，等于這段電路兩端的電壓

U、電路中的電流

I、通電時(shí)間

t

三者的乘積，即

W＝UIt；3．單位：在國(guó)際單位制中，電功的單位是“焦耳”，符號(hào)“J”，常用單位還有千瓦時(shí)，俗稱(chēng)“度”，符號(hào)“kW·h”，1kW·h＝3.6×106J。2電功率同一個(gè)手機(jī)選擇不同的充電器，手機(jī)充滿(mǎn)電所用的時(shí)間不同，也就是說(shuō)不同的充電器消耗電能轉(zhuǎn)化為電池的化學(xué)能的快慢不同。那么該用什么物理量來(lái)描述電流做功的快慢呢？5V1A充電器20WPD充電器30WPD充電器那么如何計(jì)算電功率的大小呢？2電功率

2電功率

該公式適用于任何電路電功率的計(jì)算。2電功率額定功率：用電器長(zhǎng)期正常工作的最大功率，就是給用電器兩端施加上額定電壓時(shí)的功率，一般用電器的銘牌上標(biāo)注的就是額定功率；實(shí)際功率：用電器實(shí)際工作時(shí)的電功率。通常情況下，P實(shí)≤P額，只有在額定電壓下工作時(shí)，

P實(shí)＝P額。2電功率幾種家電的額定功率用電器29吋彩電電熨斗電冰箱微波爐臺(tái)燈額定電壓(V)220220220220220額定功率(W)100～150300～800100～150800～120040～60焦耳定律021焦耳定律觀(guān)察下面兩種用電器，說(shuō)說(shuō)它們有什么區(qū)別。

熱得快電風(fēng)扇1焦耳定律電流通過(guò)電熱元件時(shí)，導(dǎo)體會(huì)全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。電流在這段電路中做的功

W

等于這段電路產(chǎn)生的熱能

Q

，即Q＝W＝UIt由歐姆定律

U＝IR

，可以得到熱量

Q的表達(dá)式Q＝I2Rt即，電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體電阻及通電時(shí)間成正比。這個(gè)關(guān)系式最初是由焦耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接得到的，物理學(xué)中就把它叫作焦耳定律。焦耳該公式適用于任何電路產(chǎn)生熱量的計(jì)算。1焦耳定律

1焦耳定律思考：電功率和熱功率都反映做功的快慢，二者意義是否相同？P熱＝I2R

P＝UI（一切電流做功的功率）總功率（專(zhuān)指電流發(fā)熱的功率）熱功率在推導(dǎo)焦耳定律的過(guò)程中，用到了“W＝Q”這個(gè)條件，那么現(xiàn)實(shí)生活中電能是全部轉(zhuǎn)換成內(nèi)能嗎？如果電路中還有其他負(fù)載，電能又會(huì)如何轉(zhuǎn)化？電路中的能量轉(zhuǎn)化031電路中的能量轉(zhuǎn)化思考：當(dāng)電動(dòng)機(jī)接上電源后，會(huì)帶動(dòng)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，這期間電能會(huì)轉(zhuǎn)化為哪些形式的能？這些能有什么關(guān)系？這個(gè)過(guò)程中又涉及哪些功率，它們有什么關(guān)系？

1電路中的能量轉(zhuǎn)化電動(dòng)機(jī)接上電源后，電流做功

W＝UIt，電功率為

P＝UI。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)發(fā)熱必定有電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，必然也有電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。M電能

→

內(nèi)能+機(jī)械能WW

-

QQUIt

I2Rt＞U≠I(mǎi)R經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，這類(lèi)電流消耗的電能不全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路，歐姆定律對(duì)其不適用，這種電路就叫作非純電阻電路。1電路中的能量轉(zhuǎn)化在歐姆定律適用的情況下，電功等于電熱，電流消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種歐姆定律適用的電路叫作純電阻電路。電能

→

內(nèi)能

QI2Rt

WIUt＝RU＝IR1電路中的能量轉(zhuǎn)化設(shè)電動(dòng)機(jī)設(shè)電動(dòng)機(jī)消耗的功率為P電，電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功，輸出的功率為P機(jī)，另外電動(dòng)機(jī)工作也有能量損失，對(duì)應(yīng)的功率為P損，它們之間的關(guān)系滿(mǎn)足：P電＝P機(jī)＋P損設(shè)電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U，通過(guò)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電流為I，可知：P電＝UI部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。設(shè)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電阻為R，可知：P熱＝I2R如果，忽略電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槟Σ亮蚩諝庾枇Φ扔绊憥?lái)的能量損失，那么則有：P熱＝P損1電路中的能量轉(zhuǎn)化1．輸入功率：電動(dòng)機(jī)的總功率P電＝UI；2．輸出功率：電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功的功率；3．熱功率：電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈上有電阻，電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)要發(fā)熱，P熱＝I2R；4．功率關(guān)系：P電＝P機(jī)＋P熱；5．電動(dòng)機(jī)的效率：1電路中的能量轉(zhuǎn)化例題：一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，線(xiàn)圈的電阻是0.4Ω，當(dāng)它兩端所加的電壓為220V時(shí)，通過(guò)的電流是5A。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率和對(duì)外做功的功率各是多少？分析本題涉及三個(gè)不同的功率：電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P電、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率P熱和對(duì)外做功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)。三者之間遵從能量守恒定律，即P電＝P機(jī)＋P熱1電路中的能量轉(zhuǎn)化解由焦耳定律可知，發(fā)電機(jī)發(fā)熱的功率為P熱＝I2R＝52×0.4W＝10W電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P電＝UI＝220×5W＝1100W根據(jù)能量守恒定律，電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功的功率為P機(jī)＝P電－P熱＝1100W－10W＝1090W這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率為10W，對(duì)外做功的功率為1090W。小結(jié)和練習(xí)041小結(jié)

1小結(jié)純電阻電路與非純電阻電路的對(duì)比純電阻電路非純電阻電路電路特點(diǎn)電路中只有電阻元件，只能把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電路中包括能把電能轉(zhuǎn)化為除內(nèi)能外的其他形式的能的用電器。是否遵循歐姆定律遵循歐姆定律

I＝不遵循歐姆定律

U>IR

能量轉(zhuǎn)化電流做功，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化成其他形式的能元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動(dòng)機(jī)、電解槽等1小結(jié)純電阻電路與非純電阻電路計(jì)算公式的對(duì)比1．電飯鍋工作時(shí)有兩種狀態(tài)：一種是鍋內(nèi)的水燒干以前的加熱狀態(tài)，另一種是水燒干以后的保溫狀態(tài)。下圖是電飯鍋的電路圖，R1是電阻，R2是加熱用的電阻絲。（1）自動(dòng)開(kāi)關(guān)S

接通和斷開(kāi)時(shí)，電飯鍋分別處于哪種狀態(tài)？說(shuō)明理由。（2）要使電飯鍋在保溫狀態(tài)下的功率是加熱狀態(tài)的一半，R1:R2應(yīng)該是多少？2練習(xí)S220VR1R2

2練習(xí)2．如圖所示，輸電線(xiàn)路兩端的電壓U為220V，每條輸電線(xiàn)的電阻R

為5Ω，電熱水器A的電阻RA

為30Ω。求電熱水器A上的電壓和它消耗的功率。如果再并聯(lián)一個(gè)電阻RB

為40Ω的電熱水壺B，則電熱水器和電熱水壺的功率各是多少？2練習(xí)SURARBRR

2練習(xí)3．某款掃地機(jī)器人工作時(shí)的額定電壓為15V，額定功率為

30W，充電額定電壓為24V，額定電流為

0.5A，電池容量為

2000mA·h。則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．機(jī)器人充滿(mǎn)電大約需要

4hB．電池容量是指電池儲(chǔ)存電能的大小C．機(jī)器人正常工作時(shí)的電流為

2AD．機(jī)器人充滿(mǎn)電后能夠連續(xù)正常工作的時(shí)間約為

1h2練習(xí)B4．兩根由同種材料制成的均勻電阻絲

A、B

串聯(lián)在電路中，A

的長(zhǎng)度為

L，直徑為d；B

的長(zhǎng)度為

2L，直徑為

2d，那么通電后在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為

（）A．QA

:QB＝1:2B．QA:QB＝2:1C．QA:

QB＝1:1D．QA:QB＝4:12練習(xí)B5．如圖所示是利用電動(dòng)機(jī)提升重物的示意圖，其中

D

是直流電動(dòng)機(jī)，P

是一個(gè)質(zhì)量為

m

的重物，用細(xì)繩將重物拴在電動(dòng)機(jī)的軸上，閉合開(kāi)關(guān)

S，重物

P

以速度

v

勻速上升，這時(shí)理想電流表和理想電壓表的示數(shù)分別是

I