4.4 电路中的能量转化与守恒

1.了解电功的概念，掌握电功和电功率的计算公式.(重点) 2.了解电功率和热功率

的区别和联系.(难点)

3.了解闭合电路中功率分配关系，并进行相应计算.

一、电功与电热关系的分析 1.电功和电功率的普遍表达式 (1)电功

①定义：在导体两端加上电压导体就会产生电场，导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动而形成电流.在这一过程中，电场力对电荷做功，这个功叫做电功.

②公式：W＝qU＝UIt ③国际单位：焦耳(符号J) (2)电功率

①定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率. W

②公式：P＝＝UI，是计算电功率普遍适用的公式.

t③单位：瓦特(符号W) 2.电功与电热 (1)焦耳定律

①内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比Ｗ.

②公式：Q＝I2Rt (2)热功率

①内容：单位时间内电流通过导体发出的热量.

②物理意义：热功率是描述电流做功产生电热快慢程度的物理量. ③公式：P＝I2R

1.在电动机等非纯电阻电路中欧姆定律适用吗？请你对自己的观点做出解释.

提示：欧姆定律的适用条件是金属导电和电解液导电，电动机是非纯电阻电路，正常工作时不适用，若电动机不转则可适用.

二、闭合电路中的能量转化与守恒 1.时间t内，外电路中产生的内能为I2Rt， 内电路中产生的内能为I2rt.

2.时间t内，电源内部非静电力做功为EIt，

根据能量守恒定律有EIt＝I2Rt＋I2rt. 3.电源的总功率为P总＝EI， 电源的输出功率为P出＝UI， UIU

电源的效率η＝×100%＝×100%.

EIE

2.在现代社会里，人们离不开电.各种各样的用电器减轻了人们的劳动强度，提高了人们的生活质量.如图是日常生活中常见的用电器，你能说出它们的名称吗？电能转化为什么能了？

提示：电视机是将电能转化为内能和光能，洗衣机是将电能转化为机械能，空调是将电能转化为内能.

对电功和电热的理解

学案导引

1.电流做功的实质是什么？电功和电热一样吗？ 2.如何计算电功和电热？ 1.对电功的理解

(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功.

(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式能的过程，电功标志着电能转化为其他形式的能的多少.

2.对电热的理解

(1)从微观的角度看，电热是自由电荷在导体中定向移动时，由于导体中金属离子的存在，自由电荷不断地与金属离子发生碰撞，使得金属离子运动的程度加剧，从而使导体温度升高，即产生电热.

(2)从能的角度看，电热表示电流通过导体时消耗的电能中转化为内能的部分，即电热是电能转化为内能的量度.

3.电功与电热的区别与联系 (1)纯电阻电路

(2)非纯电阻电路

4.电功率与热功率 (1)区别

电功率决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积.

热功率是指在这段电路上因发热而损耗的功率，其大小决定于通过这段导体中电流强度的平方和导体电阻的乘积.

(2)联系

对于纯电阻电路，电功率等于热功率，计算时可用

P＝IU＝I2R＝

U2

中任一形式进行计算.R

对非纯电阻电路，电路消耗的电功率等于热功率与机械功率等其他形式的功率之和，即电功率大于热功率.

(多选)下列关于电功、电功率和电热的说法，正确的是( ) A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．W＝UIt适用于任何电路，而C．在非纯电阻电路中，UI＞I2R D．电热Q＝I2Rt适用于任何电路

[思路点拨] 本题考查的是电功、电功率和焦耳定律，关键是正确区分电功和电功率. W

[解析] 电功率公式P＝，功率越大，表示电流做功越快.对于一段电路，有P＝IU，I

tP?2P?＝，焦耳热Q＝?U?Rt，可见Q与P、U、t都有关.所以P越大，Q不一定越大，A错误.

U

U

W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路.而I＝只适用于纯电阻电路，B正确.

R在非纯电阻电路中，电流做的功＝电热＋其他形式的能，所以W＞Q，即UI＞I2R，C正确.

Q＝I2Rt是电热的定义式，适用于任何电路中产生的电热，D正确. [答案] BCD

W＝I2Rt＝

U2

t只适用于纯电阻电路 R