12.1　电路中的能量转化 学案（含解析）

12.1　电路中的能量转化 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？ (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． 2. 单位时间内电流做的功叫作电功率，根据功率的定义推导电功率的表达式，说说电功率由哪些因素决定？ 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＝UIt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？ 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． 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？ 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？ 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？ 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 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？ 2. 完成下表，理解什么是纯电阻电路，什么是非纯电阻电路． 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转化情况 电功和电热的关系 电功率和热功率的关系 欧姆定律是否成立 3. 规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω. (1) 接220 V的电源后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率； (2) 如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率． 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． 总结：串、并联电路中电功率与电阻的关系 (1) 串联电路：各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比． (2) 并联电路：各支路电压相同，根据P＝，各支路电阻上的电功率与电阻成反比． (3 ... ...