①物理觀念：知道焦耳定律和能量守恒定律的內(nèi)容．了解能量耗散，了解自然界宏觀過程中能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性．②科學(xué)思維：理解電功和電功率的概念，知道電流做功的實(shí)質(zhì)．理解電功和電熱的區(qū)別，會(huì)區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路．理解內(nèi)、外電壓，理解閉合電路的歐姆定律．理解電熱和電熱功率．
③科學(xué)探究：知道運(yùn)用控制變量法探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)，進(jìn)一步理解電流發(fā)熱量的影響因素以及能量的轉(zhuǎn)化過程．④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：會(huì)從能量守恒的角度理解焦耳定律．理解閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，會(huì)從能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律．會(huì)用能量守恒的觀點(diǎn)分析、解釋一些實(shí)際問題．會(huì)用閉合電路的歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，會(huì)進(jìn)行相關(guān)的電路分析和計(jì)算．
預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) | 新知領(lǐng)悟
1．電功(1)定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路____________、______________、______________三者的乘積．(2)公式：W＝____________.(3)單位：國(guó)際單位是______，符號(hào)是____．(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少．
2．電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)__________所做的功．(2)公式：P＝__________.(3)單位：______，符號(hào)是______．(4)意義：描述________轉(zhuǎn)化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢．
【答案】度是電功的單位.1度＝1 kW·h＝3.6×106 J.
家庭用電用“度”做單位，度是電功的單位，還是電功率的單位？
把六個(gè)相同的小燈泡連接成如圖甲、乙所示的電路，調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光，甲、乙兩電路所消耗的總功率分別用P甲和P乙表示，則下列結(jié)論中正確的是(　　)A．P甲＝P乙　　　B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲　　D．P乙>3P甲
【答案】B【解析】設(shè)每個(gè)燈泡正常工作時(shí)的電流為I，則甲圖中電路的總電流為3I，P甲＝12 V×3I，乙圖中電路的總電流為I，P乙＝12 V×I，故有P甲＝3P乙，B正確．
1．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與______________成正比，與____________及___________成正比．2．表達(dá)式：Q＝________.3．熱功率
【答案】導(dǎo)線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的，通過它們的電流相等，而電爐絲的電阻比連接電爐絲導(dǎo)線的電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多．
用電爐燒水時(shí)，爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因？
多維課堂 | 素養(yǎng)初培
1．探究電功W＝UIt的推導(dǎo)過程．【答案】一段電路兩端的電壓為U，由于這段電路兩端有電勢(shì)差，電路中就有電場(chǎng)存在．電路中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流I.在時(shí)間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電量為q＝It.電場(chǎng)力所做的功W＝qU＝UIt，電場(chǎng)力所做的功也就是通常所說的電流做的功，即電功．
串、并聯(lián)電路中電功率的計(jì)算
2．電功的單位有時(shí)用千瓦時(shí)，說明其物理含義，并計(jì)算1千瓦時(shí)等于多少焦．【答案】1千瓦時(shí)表示功率為1千瓦的用電器在1小時(shí)內(nèi)所消耗的電能．1千瓦時(shí)＝1 000 W×3 600 s＝3.6×106 J.
精例1　有額定電壓都是110 V，額定功率PA＝100 W，PB＝40 W 的電燈兩盞，若接在電壓是220 V的電源上，兩盞電燈均可能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是(　　)
【答案】C【解析】若要兩燈均正常發(fā)光，亦即每燈的電壓均為110 V，對(duì)A電路，因?yàn)镽A＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B燈將被燒壞；對(duì)B電路，UB＞U并，B燈將被燒壞；對(duì)C電路，RA可能等于B燈與變阻器并聯(lián)后的電阻，所以UA可能等于UB，等于110 V，兩燈可能正常發(fā)光，且電路消耗總功率為200 W；對(duì)D電路，變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后總電阻，有UA＝UB＝U并＝110 V，兩燈正常發(fā)光，且電路中消耗總功率為280 W．綜上可知，C正確．
變式1　(多選)如圖所示，L1、L2是兩個(gè)不同的小燈泡，a、b間有恒定電壓，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向右滑動(dòng)時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　)A．L1亮度不變，L2變暗B．L1變暗，L2變亮C．電路消耗的總功率減小D．經(jīng)過滑動(dòng)變阻器的電流減小
1．在什么電路中電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能？【答案】在純電阻電路中，導(dǎo)體發(fā)熱，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．2．設(shè)在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試以此為模型探究焦耳定律的表達(dá)式．【答案】由歐姆定律U＝IR，在t時(shí)間內(nèi)電流做的功為W＝UIt＝I2Rt.電路為純電阻電路，W＝Q，即Q＝I2Rt，此式為焦耳定律的表達(dá)式．
純電阻電路和非純電阻電路
3．試推導(dǎo)電熱功率的表達(dá)式．
4．怎樣區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路？這兩種電路中電功與電熱有怎樣的關(guān)系？【答案】(1)電路中只含有電阻元件的電路為純電阻電路，如白熾燈、電爐等．電路中除含有電阻元件之外，還含有電動(dòng)機(jī)、電解槽、電容器等產(chǎn)生其他能量的電路為非純電阻電路．
(2)在純電阻電路中，電流做功全部轉(zhuǎn)化電熱，即W＝Q.在非純電阻電路中，電流做的功除一部分轉(zhuǎn)化為電熱之外，大部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能．即W＝Q＋E其他，此時(shí)W>Q.5．討論在非純電阻電路中如何計(jì)算電功率和電熱功率？【答案】P電＝UI，P熱＝I2R，在純電阻電路中，P電＝P熱；在非純電阻電路中，由于有其他形式的能出現(xiàn)，所以P電＝P熱＋P其他，此時(shí)P電>P熱．
精例2　在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A和 1.0 V；重新調(diào)節(jié)R使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V．求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的線圈電阻．
【答案】22.0 W　2 Ω.
變式2　規(guī)格為“220 V　36 W”的排氣扇，線圈電阻為40 Ω，(1)接上220 V的電壓后，求排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上220 V的電壓后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率．【答案】(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
　電動(dòng)機(jī)電路的分析與計(jì)算
1．何為路端電壓？探究討論路端電壓與外電阻的關(guān)系．
電源的相關(guān)功率和電源的效率
2．討論如何求一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻．
3．如果以路端電壓為縱坐標(biāo)，電路中的電流I為橫坐標(biāo)，畫出的U-I圖像如圖所示．分析此圖像可得到什么信息？【答案】(1)圖線與縱軸的交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)E.(2)圖線與橫軸的交點(diǎn)表示短路電流I0.(3)圖線斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻．4．分析閉合電路中的電源的總功率EI，電源內(nèi)阻消耗的功率I2r與電源的輸出功率I2R存在什么關(guān)系？【答案】由能量守恒定律可知EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt知EI＝I2R＋I(xiàn)2r.
5．討論什么情況下電源的輸出功率最大，此時(shí)電源的效率為多少？
精例3　電路圖如圖甲所示，圖乙中圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為15 Ω，定值電阻R0＝3 Ω.(1)當(dāng)R為何值時(shí)，R0消耗的功率最大？最大值為多少？(2)當(dāng)R為何值時(shí)，電源的輸出功率最大？最大值為多少？
【答案】(1)0　10.9 W　(2)4.5 Ω　13.3 W
變式3　如圖所示，線段A為某電源的U-I圖像，線段B為某電阻的U-I圖像，當(dāng)上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，求：(1)電源的輸出功率P出；(2)電源內(nèi)部損耗的電功率；(3)電源的效率η.【答案】(1)4 W　(2)2 W　(3)66.7%
　路端電壓與電流的關(guān)系閉合電路歐姆定律可變形為U＝E－Ir，E和r可認(rèn)為是不變的，由此可知：(1)路端電壓隨總電流的增大而減小．(2)電流為零時(shí)，即外電路斷路時(shí)的路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)E.在圖像中，U-I圖像在縱軸上的截距表示電源的電動(dòng)勢(shì)．
電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車，是指以蓄電池作為輔助能源，在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝了電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把、閘把等零部件和顯示儀表系統(tǒng)的機(jī)電一體化的個(gè)人交通工具．
【專練】　下表是某品牌電動(dòng)自行車的主要技術(shù)參數(shù).
質(zhì)量m＝60 kg的人騎該電動(dòng)自行車在水平路面上以6 m/s的速度勻速行駛，受到的阻力是人與車總重的0.02倍．取g＝10 m/s2.
(1)若以這一速度連續(xù)行駛10 min，電動(dòng)機(jī)至少做多少功？(2)行駛過程中通過電動(dòng)機(jī)的電流多大？【答案】(1)7.2×104 J　(2)4.4 A【解析】(1)電動(dòng)自行車所受的阻力f＝0.02(m＋m車)g＝20 N，10 min內(nèi)自行車行駛的路程x＝vt＝6×10×60 m＝3 600 m，
課堂小練 | 素養(yǎng)達(dá)成
1．(多選)關(guān)于電功和焦耳熱，下列說法正確的是(　　)A．在純電阻電路中，計(jì)算電功可用公式W＝I2RtB．在非純電阻電路中，計(jì)算電功可用公式W＝I2RtC．在非純電阻電路中，計(jì)算焦耳熱可用Q＝I2RtD．在純電阻電路中，計(jì)算焦耳熱可用Q＝UIt【答案】ACD【解析】電功的計(jì)算式W＝UIt適用于任何形式的電路，焦耳熱計(jì)算式Q＝I2Rt也是普遍適用的，但是只有在純電阻電路中，電功W才等于焦耳熱Q，故A、C、D正確，B錯(cuò)誤．
【答案】C【解析】電動(dòng)機(jī)的電功率P＝UI，熱功率P熱＝I2R，所以機(jī)械功率P機(jī)＝P－P熱＝UI－I2R，故C正確．
3．如圖所示，電路兩端的電壓U保持不變，電阻R1、R2、R3消耗的電功率一樣大，則R1∶R2∶R3是(　　)A．1∶1∶1　B．4∶1∶1C．1∶4∶4　D．1∶2∶2
4．(多選)不考慮溫度對(duì)電阻的影響，對(duì)一個(gè)“220 V　40 W”的燈泡，下列說法正確的是(　　)A．接在110 V的電路中的功率為20 WB．接在110 V的電路中的功率為10 WC．接在440 V的電路中的功率為160 WD．接在220 V的電路中的功率為40 W【答案】BD

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第一節(jié) 電路中的能量

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