新教材教科版必修第三册-第2章-8.焦耳定律-电路中的能量转化-学案.docVIP

8．焦耳定律电路中的能量转化

学习目标：

1．[物理观念]理解电功与电功率的概念；知道焦耳定律的物理意义；了解纯电阻电路和非纯电阻电路中能量的转化；从能量转化和能量守恒的角度理解电功与电热的区别。

2．[科学思维]知道电流做功的过程就是电能与其他形式能量转化的过程。

3．[科学探究]能从能量的转化角度推导焦耳定律，关注焦耳定律在生活、生产中的应用。

4．[科学态度与责任]了解科学技术与社会环境的关系，具有节约能源的意识，培养自觉保护环境的行为习惯。

阅读本节教材，第93～97页，并梳理必要知识点。

一、电功电功率

1．电功

(1)定义：电场力移动电荷所做的功，简称电功。

(2)公式：W＝UIt，此式说明电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。

(3)单位：焦耳，符号是J。

常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度〞，1kW·h＝×106J。

(4)电流做多少功，就表示有多少电能转化为其他形式的能。

2．电功率

(1)电流所做的功W与做这些功所用时间t的比叫作电功率，它在数值上等于单位时间内电流所做的功。

(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝UI。

(3)单位：瓦特，符号是W,1W＝1J/s。

二、焦耳定律热功率

1．焦耳定律

(1)内容：电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比，跟导体的电阻R成正比，跟通电时间t成正比。

(2)表达式：Q＝I2Rt。

2．热功率

(1)定义：电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比。它在数值上等于单位时间内电流通过电阻所产生的热量。

(2)表达式：P热＝I2R。

(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量。

三、电路中的能量转化

1．电源是把其他形式的能转化为电能的装置。电源提供的能量一局部消耗在外电路上，电能转化为其他形式的能；一局部消耗在内电路上，电能转化为内能。

2．能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即：EIt＝UIt＋I2rt。

功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI＝UI＋I2r。

对于外电路是纯电阻的电路，其能量关系和功率关系分别为：EIt＝I2Rt＋I2rt，EI＝I2R＋I2r。

当外电路短路时：I0E＝Ieq\o\al(2,0)r，即发生短路时，电源释放的能量全部在内电路上转化成内能，这种状态很危险。

1．思考判断(正确的打“√〞，错误的打“×〞)

(1)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(√)

(2)电功率越大，表示电流做功越多。(×)

(3)焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路。(√)

(4)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝eq\f(U2,R)没有任何区别，它们表达相同的意义，所示P即是电功率。(×)

2．当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J。为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是()

A．3V,1.8J B．3V,3.6J

C．6V,1.8J D．6V,3.6J

D[根据公式W＝Uq可知，当通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J时，电阻的两端电压为3V，此时的电流为I；假设在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，说明后者的电流是前者的二倍，那么说明后者的电压也是前者的二倍，即在其两端需加的电压为3V×2＝6V，消耗的电能为W＝6V×0.6C＝3.6J，选项D正确。]

3．通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；假设电阻为2R，电流为eq\f(I,2)时，那么在时间t内产生的热量为()

A．4QB．2QC．eq\f(Q,2)D．eq\f(Q,4)

C[由电热公式Q＝I2Rt可得Q′＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(I,2)))eq\s\up12(2)·2Rt＝eq\f(1,2)I2Rt＝eq\f(Q,2)，应选项C正确。]

电功率的计算

千瓦时是电功的单位还是电功率的单位？电能表是测量电路中消耗的电功率还是电功？

提示：千瓦时是电功的单位，电能表是测量电路中消耗的电功。

1．串联电路功率关系

(1)各局部电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比。

(2)总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋…＋Un)I＝P1＋P2＋…＋Pn。

2．并联电路功率关系

(1)各支路电压相同，根据P＝eq\f(U2,R)，各支路电阻上的电功率与电阻成反比。

(2)总功率P总＝UI＝U(I1＋I2＋…＋In)＝P1＋P2＋…＋Pn。

3．结论

无论是串联电路还是并联