資源簡介

第十二章 電能 能量守恒定律
12.1 電路中的能量轉化
【學習目標】
1. 通過實例分析，理解電能轉化為其他形式能是通過電流做功來實現的，加深對功與能量轉化關系的認識。
2.通過推導電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產生活中相關現象。
3.從能量的轉化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉化，理解電功和電熱的區別和聯系。
4.聯系生活中的電風扇、電動機等電器設備，體會能量轉化與守恒思想，增強理論聯系實際的意識。
【開啟新探索】從能量角度研究電路
我們知道，在電路中使用不同的用電器，往往會有不同的能量轉化。回顧生活中用過的用電器，說明用電器將電能轉化成怎樣的能量？
【質疑提升1】電功和電功率
1. 功是能量轉化的量度，思考并說明：用電器將電能轉化為其它形式的過程中，是什么力做功實現的呢？
2. 如圖，在一段電路中，電路兩端電壓為U，在t時間內，定向移動電荷量為q，則移動電荷電場力做多少功？若電路中的電流為I，又可以怎樣表示電場力做功？
電功：電流在一段電路中所做的功，等于這段電路兩端的 、電路中的 、 三者的 。
3. 電流在一段電路中做功的功率又怎樣求解？
電功率：電流在一段電路中做功的功率P等于這段電路兩端的 和 的 。
4. 想一下，用上述表達式求解電功和電功率，與接在電路中的元件是純電阻、非純電阻有關嗎？
【質疑提升2】焦耳定律
1. 在初中我們已學習了焦耳定律，回顧一下，焦耳定律的內容？焦耳定律是實驗定律、還是理論推導定律？
焦耳定律：電流通過導體產生的 跟電流的 成 ，跟導體的 及通電 成 。
焦耳定律的表達式：Q＝ 。焦耳定律是 定律。
2. 能量在轉化或轉移的過程中是守恒的。在電路中，通過電流做功將電能轉化為其它形式的能。若電流通過電熱水器中的電熱元件做功時，電能轉化為什么能量？
設電阻為R的元件兩端電壓為U、通過元件的電流為I，則（1）在時間t內電流做的功W？產生的電熱Q？（2）W、Q大小上有怎樣關系？（3）通過兩者的關系，你會有怎樣的推論？
3. 電流通過導體發熱的功率如何求解？在求解電熱的表達式中，是否對任何電路都可以適用呢？
【質疑提升3】電路中的能量轉化
1. 當電流通過純電阻元件時，電能完全轉化為熱能。但有些電路中除含有電阻外還含有其它負載，如電動機。以含電動機的電風扇為例，研究電路中的能量轉化。思考：當電路中接入電風扇，電動機正常運行。(1)電路中有怎樣的能量轉化？能量間又有怎樣的關系？(2)電路中有怎樣的功率、功率關系？
2. 通過對非純電阻電路的分析，說明：歐姆定律適用于非純電阻電路嗎？
3. 通過對純電阻電路、非純電阻電路的分析，思考不同電路中電功、電熱的求解方法：
物理量　電路 純電阻電路 非純電阻電路
電功（電功率）
電熱（電熱功率）
【學以致用】
1. 試根據串、并聯電路的電流、電壓特點推導：串聯電路和并聯電路各導體消耗的電功率與它們的電阻有什么關系？
2. 電飯鍋工作時有兩種狀態：一種是鍋內的水燒干以前的加熱狀態，另一種是水燒干以后的保溫狀態。如圖所示是電飯鍋的電路圖， R1是電阻，R2是加熱用的電阻絲。
（1）自動開關S接通和斷開時，電飯鍋分別處于哪種狀態？說明理由。
（2）要使電飯鍋在保溫狀態下的功率是加熱狀態的一半，R1 ：R2應該是多少？
3. 一臺電動機，線圈的電阻是為0.4Ω，當它兩端所加的電壓是220V時，通過的電流是5A 。
（1）我們通過歐姆定律計算出線圈的電流是550A ，為什么有這樣的差別？
（2）這臺電動機發熱的功率和對外做功的功率各是多少？
（3）如果電動機被卡，不再轉動，試計算其產生的電熱功率。
【核心素養提升】
1．下列關于電功和電功率的說法中，正確的是( )
A. 電功率也就是熱功率
B. 電流做功越多，則功率越大
C. 電功率越小，則電流做的功一定越小
D. 電流做功就是電場力做功，把電能轉化為其他形式的能
2．通過電阻R的電流強度為I時，在時間t內產生的熱量為Q，若電阻為2R，電流強度為I/2時，則在時間t內產生的熱量為（ ）
A．4Q B．2Q
C．Q/2 D．Q/4
3. 關于三個公式的適用范圍，以下說法正確的是（ )
A. 第一個公式普遍適用于求電功率，后兩個公式普遍適用于求熱功率
B. 在純電阻電路中，三個公式既可適用于求電功率又可適用于求熱功率
C. 在非純電阻電路中，第一個公式可適用于求電功率，第二個公式、第三個公式可適用于求熱功率
D. 由可知，三個公式沒有任何區別，它們表達相同的意義
4. 兩個繞線電阻分別標有“100Ω、10W”和“20Ω、40W”，則它們的額定電流之比為 （ ）
A． B． C． D．
5． 為手機電池充電時，充電寶輸出電能轉化為手機電池的化學能和內能，等效電路如圖所示。在充電開始后的時間內，充電寶的輸出電壓U與輸出電流I都恒定，若手機電池的內阻為r，則t時間內（　　）
A．輸出電流
B．充電寶自身的熱功率為I2r
C．充電寶輸出的電能為UIt
D．手機電池儲存的化學能為UIt
6． 在研究微型電動機的性能時，應用如圖所示的實驗電路。調節滑動變阻器R并控制電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數分別為0.5A和1.0V。重新調節R并使電動機恢復正常運轉，此時電流表和電壓表的示數分別為2.0A和24.0V。則這臺電動機正常運轉時的機械功率為（　?。?br/>A．40W B．44W C．47W D．48W
7． 如圖所示的電路中，輸入電壓U恒為12V，燈泡L上標有 “6V，12W”字樣，電動機線圈的電阻0.5Ω。若燈泡恰能正常發光，則下列說法正確的是（　?。?br/>A．燈泡正常發光時的電阻為2Ω
B．電動機的輸入功率為10W
C．電動機線圈電阻的發熱功率為2W
D．整個電路消耗的電功率為14W
8． 近年來，機器人逐漸走入我們的生活。如圖所示，某科技小組在研究機器人內部直流電動機的性能時，發現當電動機兩端電壓為U1、通過的電流為I1時，電動機沒有轉動。當電動機兩端電壓為U2、通過的電流為I2時，電動機正常轉動。則這臺電動機正常工作時的輸出功率為（　?。?br/>A． B． C． D．
9. 如圖所示的電路中，電爐電阻R=10Ω，電動機線圈電阻r=1Ω，電路兩端電壓U=100V，電流表的示數為30A，則：
　?。?）通過電動機的電流為多少？
　　（2）電動機輸出功率？
　?。?）電動機１分鐘對外提供的動能？
10. 四個定值電阻連成如圖所示的電路。RA、RC的規格為“10 V 4 W”，RB、RD的規格為“10 V 2 W”。請按消耗功率大小的順序排列這四個定值電阻，并說明理由。
11. 如圖所示，輸電線路兩端的電壓U 為220 V，每條輸電線的電阻R為5 Ω，電熱水器A的電阻RA為30 Ω。求電熱水器 A 上的電壓和它消耗的功率。如果再并聯一個電阻R B 為15 Ω的電熱水壺 B，則電熱水器和電熱水壺消耗的功率各是多少？
M
A
U
R
電動機第十二章 電能 能量守恒定律
12.1 電路中的能量轉化
【學習目標】
1. 通過實例分析，理解電能轉化為其他形式能是通過電流做功來實現的，加深對功與能量轉化關系的認識。
2.通過推導電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產生活中相關現象。
3.從能量的轉化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉化，理解電功和電熱的區別和聯系。
4.聯系生活中的電風扇、電動機等電器設備，體會能量轉化與守恒思想，增強理論聯系實際的意識。
【開啟新探索】從能量角度研究電路
我們知道，在電路中使用不同的用電器，往往會有不同的能量轉化。回顧生活中用過的用電器，說明用電器將電能轉化成怎樣的能量？
【質疑提升1】電功和電功率
1. 功是能量轉化的量度，思考并說明：用電器將電能轉化為其它形式的過程中，是什么力做功實現的呢？
2. 如圖，在一段電路中，電路兩端電壓為U，在t時間內，定向移動電荷量為q，則移動電荷電場力做多少功？若電路中的電流為I，又可以怎樣表示電場力做功？
電功：電流在一段電路中所做的功，等于這段電路兩端的 、電路中的 、 三者的 。
3. 電流在一段電路中做功的功率又怎樣求解？
電功率：電流在一段電路中做功的功率P等于這段電路兩端的 和 的 。
4. 想一下，用上述表達式求解電功和電功率，與接在電路中的元件是純電阻、非純電阻有關嗎？
【質疑提升2】焦耳定律
1. 在初中我們已學習了焦耳定律，回顧一下，焦耳定律的內容？焦耳定律是實驗定律、還是理論推導定律？
焦耳定律：電流通過導體產生的 跟電流的 成 ，跟導體的 及通電 成 。
焦耳定律的表達式：Q＝ 。焦耳定律是 定律。
2. 能量在轉化或轉移的過程中是守恒的。在電路中，通過電流做功將電能轉化為其它形式的能。若電流通過電熱水器中的電熱元件做功時，電能轉化為什么能量？
設電阻為R的元件兩端電壓為U、通過元件的電流為I，則（1）在時間t內電流做的功W？產生的電熱Q？（2）W、Q大小上有怎樣關系？（3）通過兩者的關系，你會有怎樣的推論？
3. 電流通過導體發熱的功率如何求解？在求解電熱的表達式中，是否對任何電路都可以適用呢？
【質疑提升3】電路中的能量轉化
1. 當電流通過純電阻元件時，電能完全轉化為熱能。但有些電路中除含有電阻外還含有其它負載，如電動機。以含電動機的電風扇為例，研究電路中的能量轉化。思考：當電路中接入電風扇，電動機正常運行。(1)電路中有怎樣的能量轉化？能量間又有怎樣的關系？(2)電路中有怎樣的功率、功率關系？
2. 通過對非純電阻電路的分析，說明：歐姆定律適用于非純電阻電路嗎？
3. 通過對純電阻電路、非純電阻電路的分析，思考不同電路中電功、電熱的求解方法：
物理量　電路 純電阻電路 非純電阻電路
電功（電功率）
電熱（電熱功率）
【學以致用】
1. 試根據串、并聯電路的電流、電壓特點推導：串聯電路和并聯電路各導體消耗的電功率與它們的電阻有什么關系？
串聯：功率的分配與電阻成正比
并聯：功率的分配與電阻成反比
2. 電飯鍋工作時有兩種狀態：一種是鍋內的水燒干以前的加熱狀態，另一種是水燒干以后的保溫狀態。如圖所示是電飯鍋的電路圖， R1是電阻，R2是加熱用的電阻絲。
（1）自動開關S接通和斷開時，電飯鍋分別處于哪種狀態？說明理由。
（2）要使電飯鍋在保溫狀態下的功率是加熱狀態的一半，R1 ：R2應該是多少？
加熱、保溫，斷開時，回路電阻較大，電壓相同，功率較小。
1：1
3. 一臺電動機，線圈的電阻是為0.4Ω，當它兩端所加的電壓是220V時，通過的電流是5A 。
（1）我們通過歐姆定律計算出線圈的電流是550A ，為什么有這樣的差別？
（2）這臺電動機發熱的功率和對外做功的功率各是多少？
（3）如果電動機被卡，不再轉動，試計算其產生的電熱功率。
非純電阻元件。10W 1090W。1.21×105W
【核心素養提升】
1．下列關于電功和電功率的說法中，正確的是( )
A. 電功率也就是熱功率
B. 電流做功越多，則功率越大
C. 電功率越小，則電流做的功一定越小
D. 電流做功就是電場力做功，把電能轉化為其他形式的能
2．通過電阻R的電流強度為I時，在時間t內產生的熱量為Q，若電阻為2R，電流強度為I/2時，則在時間t內產生的熱量為（ ）
A．4Q B．2Q
C．Q/2 D．Q/4
3. 關于三個公式的適用范圍，以下說法正確的是（ )
A. 第一個公式普遍適用于求電功率，后兩個公式普遍適用于求熱功率
B. 在純電阻電路中，三個公式既可適用于求電功率又可適用于求熱功率
C. 在非純電阻電路中，第一個公式可適用于求電功率，第二個公式、第三個公式可適用于求熱功率
D. 由可知，三個公式沒有任何區別，它們表達相同的意義
4. 兩個繞線電阻分別標有“100Ω、10W”和“20Ω、40W”，則它們的額定電流之比為 （ ）
A． B． C． D．
5． 為手機電池充電時，充電寶輸出電能轉化為手機電池的化學能和內能，等效電路如圖所示。在充電開始后的時間內，充電寶的輸出電壓U與輸出電流I都恒定，若手機電池的內阻為r，則t時間內（　?。?br/>A．輸出電流
B．充電寶自身的熱功率為I2r
C．充電寶輸出的電能為UIt
D．手機電池儲存的化學能為UIt
6． 在研究微型電動機的性能時，應用如圖所示的實驗電路。調節滑動變阻器R并控制電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數分別為0.5A和1.0V。重新調節R并使電動機恢復正常運轉，此時電流表和電壓表的示數分別為2.0A和24.0V。則這臺電動機正常運轉時的機械功率為（　　）
A．40W B．44W C．47W D．48W
7． 如圖所示的電路中，輸入電壓U恒為12V，燈泡L上標有 “6V，12W”字樣，電動機線圈的電阻0.5Ω。若燈泡恰能正常發光，則下列說法正確的是（　?。?br/>A．燈泡正常發光時的電阻為2Ω
B．電動機的輸入功率為10W
C．電動機線圈電阻的發熱功率為2W
D．整個電路消耗的電功率為14W
8． 近年來，機器人逐漸走入我們的生活。如圖所示，某科技小組在研究機器人內部直流電動機的性能時，發現當電動機兩端電壓為U1、通過的電流為I1時，電動機沒有轉動。當電動機兩端電壓為U2、通過的電流為I2時，電動機正常轉動。則這臺電動機正常工作時的輸出功率為（　?。?br/>A． B． C． D．
9. 如圖所示的電路中，電爐電阻R=10Ω，電動機線圈電阻r=1Ω，電路兩端電壓U=100V，電流表的示數為30A，則：
　　（1）通過電動機的電流為多少？
　　（2）電動機輸出功率？
　?。?）電動機１分鐘對外提供的動能？
20A 1600W 9.6×104J
10. 四個定值電阻連成如圖所示的電路。RA、RC的規格為“10 V 4 W”，RB、RD的規格為“10 V 2 W”。請按消耗功率大小的順序排列這四個定值電阻，并說明理由。
DACB
11. 如圖所示，輸電線路兩端的電壓U 為220 V，每條輸電線的電阻R為5 Ω，電熱水器A的電阻RA為30 Ω。求電熱水器 A 上的電壓和它消耗的功率。如果再并聯一個電阻R B 為15 Ω的電熱水壺 B，則電熱水器和電熱水壺消耗的功率各是多少？
M
A
U
R
電動機

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