20172018學(xué)年高中物理恒定電流第6講焦耳定律學(xué)案新人教版選修

1、焦耳定律目標(biāo)定位1.理解電功、電功率的概念，并能利用公式進(jìn)行有關(guān)計算.2.理解電功與電熱、電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系.3.知道純電阻電路和非純電阻電路的特點(diǎn)和區(qū)別一、電功和電功率1電功(1)定義：電流在一段電路中所做的功(2)定義式：WIUt.(3)單位：焦耳，符號：J.(4)實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(5)適用條件：任何電路2電功率(1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功(2)公式：PIU.(3)單位：瓦特，符號：W.(4)物理意義：表示電流做功的快慢(5)適用條件：任何電路深度思考(1)兩個電阻串聯(lián)，功率和電阻存在什么關(guān)系？(2)兩個電阻并聯(lián)，功率和電阻存在什么關(guān)系？答案(1)由PI2R知，串

2、聯(lián)電阻的功率與電阻成正比(2)由P知，并聯(lián)電阻的功率與電阻成反比例1將兩個定值電阻R1、R2并聯(lián)在電壓為U的電源兩端，R1消耗的功率為P1，R2消耗的功率為3P1，當(dāng)把它們串聯(lián)在電壓為4U的電源兩端時，下列說法正確的是()AR1兩端的電壓為UBR2消耗的功率變小C通過R2的電流變小D兩個電阻消耗的總功率為12P1解析當(dāng)R1、R2并聯(lián)在電壓為U的電源兩端時，兩電阻兩端的電壓為U，根據(jù)PIU，功率之比等于電流之比，根據(jù)并聯(lián)電路電流和電阻的關(guān)系，可知：R13R2；當(dāng)把它們串聯(lián)在電壓為4U的電源兩端時，電路中的電流I，故通過R2的電流不變，電壓不變，所以R2的電功率不變，仍為3P1，故B、C錯誤；R1

3、兩端的電壓U1IR1×3R23U，故A錯誤；兩個電阻消耗的總功率PUI4U·12P1，故D正確答案D例2A、B為“220V100W”的兩盞相同的燈泡，C、D為“220V40W”的兩盞相同燈泡，A、B燈的電阻為_；C、D電阻為_.現(xiàn)將四盞燈泡接成如圖1所示電路，并將兩端接入電路，各燈實(shí)際功率分別為PA、PB、PC、PD，則實(shí)際功率的大小順序是_圖1解析由PIU和I，得R則：RARB484，RCRD1210；由電路圖可知，B、C并聯(lián)，所以電壓相等，根據(jù)P可知：PBPC，A、D串聯(lián)，電流相等，由PIU和UIR，得PI2R可知，PDPA；A、D的電流大于B、C的電流，根據(jù)PI2R可

4、知：PAPB，PDPC；所以PDPAPBPC.答案4841210PDPAPBPC(1)額定功率：用電器正常工作時所消耗的功率，也是用電器兩端電壓為額定電壓(或通過的電流為額定電流)時消耗的電功率.用電器銘牌上所標(biāo)的功率即為額定功率.(2)實(shí)際功率：用電器實(shí)際工作時消耗的電功率.為了保證用電器不被損壞，要求實(shí)際功率不能大于其額定功率.二、焦耳定律1焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比(2)表達(dá)式：QI2Rt.(3)適用條件：任何電路2熱功率(1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量(2)表達(dá)式：PI2R.(3)適用條件：任何電路3純電阻電路和非純電阻電

5、路純電阻電路非純電阻電路能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系WQ即IUtI2RttWQE其他UItI2RtE其他電功率和熱功率的關(guān)系PP熱，即IUI2RPP熱P其他即IUtI2RP其他歐姆定律是否成立UIRI成立UIRI不成立深度思考電風(fēng)扇、電冰箱消耗的電能等于I2Rt嗎？電風(fēng)扇、電冰箱消耗的電能轉(zhuǎn)化成什么形式的能量？答案不等于；電風(fēng)扇、電冰箱消耗電能沒有全部轉(zhuǎn)化為熱能，有大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，小部分轉(zhuǎn)化為電熱例3下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是()A電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多BWIUt適用于任何電路，而WI2Rtt只適用于純電阻電路C在非純電阻電路中，IU>

6、;I2RD焦耳熱QI2Rt適用于任何電路解析電功率公式P，表示電功率越大，電流做功越快對于一段電路，有PIU，I，焦耳熱Q()2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)，所以P越大，Q不一定越大，A錯WIUt是電功的定義式，適用于任何電路，而I只適用于純電阻電路，B對在非純電阻電路中，電流做的功焦耳熱其他形式的能，所以W>Q，即IU>I2R，C對QI2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D對答案BCD例4在研究微型電動機(jī)的性能時，可采用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)電路當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和1.0V；當(dāng)重新調(diào)節(jié)R，使電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流表和電壓

7、表的示數(shù)分別為20A和15.0V則有關(guān)這臺電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的說法正確的是()圖2A電動機(jī)的內(nèi)阻為7.5B電動機(jī)的內(nèi)電阻發(fā)熱功率為8.0WC電動機(jī)的輸出功率為30WD電動機(jī)的效率約為27%解析當(dāng)電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A和1.0 V時，電動機(jī)停止工作，電路中只有電動機(jī)的內(nèi)阻消耗電能，其阻值r 2.0 ，選項A錯誤；電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V，則電動機(jī)的內(nèi)電阻發(fā)熱功率，P熱Ir2.02×2 W8.0 W，選項B正確；電動機(jī)的總功率P總U2I215.0 V×2.0 A30.0 W，所以電動機(jī)的輸出功率P輸出P總P熱30.0

8、W8.0 W22.0 W，選項C錯誤；電動機(jī)的效率×100%73.3%，選項D錯誤答案B電動機(jī)的功率和效率電動機(jī)的總功率(輸入功率)：P入IU.電動機(jī)的熱功率P熱I2r.電動機(jī)的輸出功率(機(jī)械功率)：P出IUI2r.電動機(jī)的效率：1.說明：注意區(qū)分電動機(jī)的幾種功率，從能量守恒角度分析和考慮電動機(jī)問題.1(電功和電功率)(多選)如圖3所示，把四個相同的燈泡接成甲、乙兩種電路后，燈泡都正常發(fā)光，且兩個電路的總功率相等則下列對這兩個電路中的U甲、U乙、R甲、R乙之間的關(guān)系的說法，正確的是()圖3AU甲2U乙BU甲2U乙CR甲4R乙DR甲2R乙答案BC解析設(shè)燈泡的電阻為R，正常發(fā)光時電流為I

9、，電壓為U，由于兩個電路的總功率相等，PU甲IU乙·2I，得U甲2U乙；又由U甲2UIR甲，U乙U2IR乙，得R甲4R乙，故正確答案為B、C.2(焦耳定律)通過電阻R的電流為I時，在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為，則在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A4QB2QC.D.答案C解析根據(jù)QI2Rt得，電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼模瑫r間不變，則熱量變?yōu)樵瓉淼?，C正確3(焦耳定律和熱功率)一臺電動機(jī)，額定電壓為100V，電阻為1.正常工作時，通過的電流為5A，則電動機(jī)因發(fā)熱損失的功率為()A500WB25WC1000WD475W答案B解析電動機(jī)的熱功率PI2r52×1W

10、25W，B正確，A、C、D錯誤4(非純電阻電路的特點(diǎn)及有關(guān)計算)如圖4所示是一直流電動機(jī)工作時的電路圖電動機(jī)內(nèi)阻r0.8，電路中另一電阻R10，直流電壓U160V，電壓表示數(shù)UV110V試求：圖4(1)通過電動機(jī)的電流；(2)輸入電動機(jī)的總功率；(3)電動機(jī)輸出的機(jī)械功率答案(1)5A(2)550W(3)530W解析(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓URUUV(160110) V50V通過電阻R的電流IRA5A即通過電動機(jī)的電流IMIR5A.(2)電動機(jī)的分壓UMUV110V輸入電動機(jī)的總功率P總IM·UM550W.(3)電動機(jī)的熱功率P熱Ir20W電動機(jī)輸出的機(jī)械功率P出P總

11、P熱530W題組一對電功、電功率的理解和計算1(多選)關(guān)于電功，下列說法中正確的有()A電功的實(shí)質(zhì)是靜電力所做的功B電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度C靜電力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運(yùn)動的速率越來越大D電流通過電動機(jī)時的電功率和熱功率相等答案AB2兩個精制電阻，用錳銅電阻絲繞制而成，電阻上分別標(biāo)有“10010W”和“2040W”，則它們的額定電流之比為()A.5B.20C.10D12000答案C解析由公式PI2R得：I，所以I1I210.3電壓都是110V，額定功率PA100W，PB40W的燈泡兩盞，若接在電壓為220V的電路上，使兩盞燈泡均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是()答案C解析判斷

12、燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電流，對燈泡有PIU，可知RARB.對于A電路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110V，B燈被燒毀，UA110V，A燈不能正常發(fā)光對于B電路，由于RBRA，A燈又并聯(lián)變阻器，并聯(lián)電阻更小于RB，所以UBU并，B燈燒毀對于C電路，B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UAUB110V，兩燈可以正常發(fā)光對于D電路，若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UAUB110V，兩燈可以正常發(fā)光比較C、D兩個電路，由于C電路中變阻器功率為(IAIB)×110V，而D電路中變阻器功率為(IAIB)×110V，所以C

13、電路消耗電功率最小4兩盞額定功率相同的燈泡A和B，其額定電壓UA>UB，則下列說法正確的是()A兩燈正常發(fā)光時，燈泡的電流IA>IBB兩燈電阻RA<RBC將兩燈串聯(lián)后接入電路中發(fā)光時，則燈泡的功率PA<PBD將兩燈并聯(lián)后接入電路中發(fā)光時，則燈泡的功率PA<PB答案D解析由P可知RA>RB，由PIU可知額定電流IA<IB，故A、B錯誤兩燈串聯(lián)后，由串聯(lián)電路的功率分配關(guān)系可知PR，所以PA>PB，故C錯誤；兩燈并聯(lián)后，由并聯(lián)電路的功率分配關(guān)系可知P，所以PA<PB，故D正確5如圖1為一種服務(wù)型機(jī)器人，其額定功率為48 W，額定工作電壓為24 V

14、，機(jī)器人的鋰電池容量為20 A·h.則機(jī)器人()圖1A額定工作電流為20 AB充滿電后最長工作時間為2 hC電池充滿電后總電量為7.2×104 CD以額定電流工作時每秒消耗能量為20 J答案C解析由PIU知額定電流I2 A，選項A錯誤；充滿電后，鋰電池容量為20 A·h，最長工作時間t10 h，選項B錯誤；電池充滿電后總電量QIt20×3 600 C7.2×104 C，選項C正確；以額定電流工作時每秒消耗能量WIUt48 J，D錯誤題組二焦耳定律的理解非純電阻電路計算6(多選)關(guān)于四個公式PIU；PI2R；P；P，下列敘述正確的是()A公式適用

15、于任何電路的電功率的計算B公式適用于任何電路的熱功率的計算C公式適用于任何電路電功率的計算D以上均不正確答案AB解析PIU、P適用于任何電路的電功率的計算，而PI2R、P只適用于純電阻電路的電功率的計算，故A正確，C、D錯誤PI2R適用于任何電路的熱功率的計算，PIU、P只適用于純電阻電路的熱功率的計算，故B正確7額定電壓、額定功率均相同的電風(fēng)扇、電烙鐵和日光燈，各自在額定電壓下正常工作了相同的時間比較它們產(chǎn)生的熱量，結(jié)果是()A電風(fēng)扇最多B電烙鐵最多C日光燈最多D一樣多答案B解析在三種用電器中，只有電烙鐵能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電風(fēng)扇將部分電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，日光燈將部分電能轉(zhuǎn)化為光能，故B選

16、項正確8有一內(nèi)阻為4.4的電解槽和一盞標(biāo)有“110V60W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則()A電解槽消耗的電功率為120WB電解槽消耗的電功率為60WC電解槽的發(fā)熱功率為60WD電路消耗的總功率為60W答案B解析燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110V電壓，且流過電解槽的電流II燈AA，則電解槽消耗的電功率PIUP燈60W，A選項錯誤，B選項正確；電解槽的發(fā)熱功率P熱I2r1.3W，C選項錯誤；電路消耗的總功率P總IU總×220W120W，D選項錯誤9(多選)如圖2所示，電阻R120，電動機(jī)線圈的電阻R210.當(dāng)開關(guān)斷開時，電流表的示數(shù)是0.5

17、A，當(dāng)開關(guān)閉合后，電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率P應(yīng)是 ()圖2AI1.5ABI1.5ACP15WDP15W答案BD解析電路兩端的電壓為：UI1R10.5A×2010V電動機(jī)是非純電阻用電器，UI2IR2，所以I21A電流表的示數(shù)II1I21.5A，A錯誤，B正確電路總功率為PU(I1I2)15W，C錯誤，D正確題組三綜合應(yīng)用10如圖3所示的電路中，電源電壓為60V，內(nèi)阻不計，電阻R2，電動機(jī)的內(nèi)阻R01.6，電壓表的示數(shù)為50V，電動機(jī)正常工作，求電動機(jī)的輸出功率圖3答案210W解析電動機(jī)正常工作時，電動機(jī)兩端的電壓U050V，此時通過電路中的

18、電流：I5A，電動機(jī)的輸出功率P出U0II2R0210W.11規(guī)格為“220V36W”的排氣扇，線圈電阻為40，求：(1)接上220V的電源后，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(1)中電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率(計算結(jié)果均保留為整數(shù))答案(1)35W1W(2)1210W1210W解析(1)排氣扇在220V的電壓下正常工作時的電流為IA0.16A發(fā)熱功率為P熱I2R(0.16)2×40W1W轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為P機(jī)PP熱(361) W35W.(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動后，電動機(jī)所在電路成為純電阻電路，電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱能，此時電動機(jī)中電流為IA5.5A電動機(jī)消耗的功率即電功率等于發(fā)熱功率：P電P熱UI220×5.5W1210W.12表中是一輛電動自行車說明書上的一些技術(shù)參數(shù)，根據(jù)表中提供的信息，探究以下問題：(g取10m/s2，計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)規(guī)格后輪驅(qū)動直流電機(jī)車型26電動自行車額定輸出功率120W整車質(zhì)量30kg額定電壓40V最大載重120kg額定電流3.5A(1)在額定電壓下工作時，該電機(jī)的內(nèi)阻是多少？其效率為多