第二章--學(xué)案6焦耳定律(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué)案6焦耳定律學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.知道并理解電功、電功率的概念，并能利用公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.2.弄清電功與電熱、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)公式推導(dǎo)：如圖1所示，如果電路左、右兩端的電勢(shì)差是U，在電荷q從左端移到右端的過程中靜電力做的功是WqU，把qIt代入得WIUt.圖1這表示，電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通過時(shí)間t三者的乘積(2)單位：焦耳，符號(hào)為J.2電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率(2)公式推導(dǎo)：用P表示電功率，則有P，進(jìn)而得到PIU.(

2、3)單位：瓦特，符號(hào)為W.二、焦耳定律1推導(dǎo)：由歐姆定律UIR代入QIUt后可得熱量Q的表達(dá)式QI2Rt.2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(shí)間成正比3熱功率(1)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量稱為熱功率(2)表達(dá)式：PI2R.一、電功和電功率問題設(shè)計(jì)1在日常生活中，經(jīng)常會(huì)用到家用小電器，例如電吹風(fēng)、電熨斗等，它們都會(huì)分為幾擋，像電吹風(fēng)可以吹暖風(fēng)和熱風(fēng)它們都是通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為熱能的電流做功的實(shí)質(zhì)是什么？答案導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)通過靜電力對(duì)自由電荷做功，通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能2電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”是否相同，兩者間有何關(guān)系？答案不相同電流

3、做功快，但做功不一定多；電流做功慢，但做功不一定少電流做功的快慢用電功率表示，電流做功的多少用電功表示電流做功的多少與做功的時(shí)間和做功的快慢有關(guān)要點(diǎn)提煉1電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少量2電功的實(shí)質(zhì)：電流通過一段電路所做的功，實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力在這段電路中所做的功3電功常用的單位還有：千瓦時(shí)(kW·h)，也稱“度”，1 kW·h3.6×106 J.4電功率PIU，表示電流做功的快慢二、焦耳定律和純電阻電路、非純電阻電路問題設(shè)計(jì)1某一電路中只含有某一電阻元件，即白熾燈、電動(dòng)機(jī)、電爐、電容器、電熨斗、電飯鍋、電解槽其中的一種，分析

4、哪些屬于純電阻電路，哪些屬于非純電阻電路答案純電阻電路有：白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋；非純電阻電路有：電動(dòng)機(jī)、電解槽、電容器2試根據(jù)電功和電熱的關(guān)系區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路答案在純電阻電路中，電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱，即WQ.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WQE其他，此時(shí)W>Q.要點(diǎn)提煉1純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能2非純電阻電路：含有電動(dòng)機(jī)或電解槽的電路稱為非純電阻電路在非純電阻電路中，電流做的功將電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能3電功和電熱的計(jì)算公式比較純電阻電路非純電阻電路電功WU

5、ItI2RttWUIt電熱QUItI2RttQI2Rt電功率PUII2RPUI熱功率P熱UII2RP熱I2R4純電阻電路中：WQ；PP熱；非純電阻電路中：WQE其他Q；PP熱P其他P熱延伸思考用電爐燒水時(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？答案通電導(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的部分導(dǎo)線電阻大得多由焦耳定律QI2Rt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)生的熱量要少得多一、電功、電熱電功率、熱功率公式的比較例1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

6、耳熱一定越多BWUIt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，UI>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(duì)于一段電路，有PIU，I，焦耳熱Q()2Rt，可見Q與P、U、t、R都有關(guān)，所以P越大，Q不一定越大，A錯(cuò)WUIt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(duì)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UI>I2R，C對(duì)QI2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D對(duì)答案BCD二、純電阻電路中的功率分配及計(jì)算例2額定電壓都是110 V，額定功率PA100 W，PB

7、40 W的燈泡兩盞，若接在電壓為220 V的電路上，使兩盞燈炮均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是()解析判斷燈泡能否正常發(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(duì)燈泡有PUI，可知RARB.對(duì)于A電路，由于RARB，所以UBUA，且，有UB110 V，B燈被燒毀，UA110 V，A燈不能正常發(fā)光對(duì)于B電路，由于RBRA，A燈又并聯(lián)滑動(dòng)變阻器，并聯(lián)電阻小于RB，所以UBU并，B燈燒毀對(duì)于C電路，B燈與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，兩燈可以正常發(fā)光對(duì)于D電路，若滑動(dòng)變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UAUB110 V，兩燈可以正常發(fā)光比較C、D

8、兩個(gè)電路，由于C電路中滑動(dòng)變阻器功率為(IAIB)×110 V，而D電路中滑動(dòng)變阻器功率為(IAIB)×110 V，所以C電路消耗電功率最小答案C三、非純電阻電路的特點(diǎn)及計(jì)算例3如圖2所示的電路中，電源電壓為60 V，內(nèi)阻不計(jì)，電阻R2 ，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻R01.6 ，電壓表的示數(shù)為50 V，電動(dòng)機(jī)正常工作，求電動(dòng)機(jī)的輸出功率圖2解析電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓U050 V，此時(shí)通過電路中的電流：I5 A，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出U0II2R0210 W.答案210 W規(guī)律總結(jié)電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)機(jī)的總功率(輸入功率)：P入U(xiǎn)I.電動(dòng)機(jī)的熱功率P熱I2r.電動(dòng)機(jī)的輸出功率(機(jī)械功

9、率)：P出UII2r.電動(dòng)機(jī)的效率：1.針對(duì)訓(xùn)練一臺(tái)電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為1 ，接到120 V的電源上當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電流為10 A問：(1)電動(dòng)機(jī)輸入功率是多少？(2)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率是多少？(3)輸出的機(jī)械功率是多少？答案(1)1 200 W(2)100 W(3)1 100 W解析(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率P電UI120×10 W1 200 W.(2)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱I2r102×1 W100 W.(3)輸出的機(jī)械功率P機(jī)P電P熱1 200 W100 W1 100 W.1(功率PUI，PI2R，P的區(qū)別)關(guān)于三個(gè)公式PUI，PI2R，P的適用范圍，以下說法正確的是()A第一個(gè)公式普

10、遍適用于求電功率，后兩式普遍適用于求熱功率B在純電阻電路中，三個(gè)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(gè)公式可適用于求電功率，第二個(gè)公式可用于求熱功率，第三個(gè)公式?jīng)]有意義D由UIR可知，三個(gè)公式?jīng)]有任何區(qū)別，它們表達(dá)相同的意義，所求P既是電功率，也是熱功率解析首先要明確，歐姆定律UIR只適用于純電阻電路，因此三個(gè)公式在純電阻電路中沒有區(qū)別，但在非純電阻電路中它們互不相同其次，PUI表示電功率，而PI2R表示熱功率因此，在純電阻電路中，UII2R，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；而在非純電阻電路中，UI>I2R，即消耗的電能只有部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能答案BC2(非純電阻電路)

11、一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過相同的電流，在相同時(shí)間內(nèi)()A電爐放熱與電動(dòng)機(jī)放熱相等B電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓C電爐兩端電壓等于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率答案ABD解析電爐屬于純電阻元件，電動(dòng)機(jī)屬于非純電阻元件，對(duì)于電爐有：UIR，放熱QI2Rt，消耗功率PI2R.對(duì)于電動(dòng)機(jī)有：U>IR，放熱QI2Rt，消耗功率PUI>I2R.3. (非純電阻電路的特點(diǎn))如圖3所示，直流電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，當(dāng)該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U，通過電動(dòng)機(jī)的電流為I，則()圖3A電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱功率為I2RB電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為IUC電動(dòng)機(jī)的總功率為I

12、UD電動(dòng)機(jī)機(jī)械功率為IUI2R答案ACD4(純電阻電路功率的計(jì)算)有規(guī)格為“220 V 1000 W”的電爐，問它在正常工作時(shí)的電阻；如果電壓只有200 V，求它實(shí)際消耗的功率答案48.4 826.4 W解析由于電爐是純電阻電路，故P，則R 48.4 當(dāng)電壓為200 V時(shí)，則實(shí)際消耗的功率P W826.4 W題組一電功率的理解及有關(guān)計(jì)算1下列關(guān)于電功率的說法中，正確的是()A用電器的額定功率與用電器的實(shí)際電壓和實(shí)際電流有關(guān)B用電器的實(shí)際功率取決于用電器的額定功率C白熾燈正常工作時(shí)，實(shí)際功率等于額定功率D電功率越小，則電流做功越少答案C解析用電器的額定功率是它正常工作時(shí)的功率，其值是由用電器本身

13、的結(jié)構(gòu)決定的，與實(shí)際電流和實(shí)際電壓無關(guān)，故A錯(cuò)，C對(duì)；用電器實(shí)際功率的大小是由加在它兩端的電壓和通過它的電流決定的，B錯(cuò)；電流做功的多少不僅與功率的大小有關(guān)，還與通電時(shí)間有關(guān)，D錯(cuò)2一白熾燈泡的額定功率與額定電壓分別為36 W與36 V若把此燈泡接到輸出電壓為18 V的電源兩端，則燈泡消耗的電功率()A等于36 W B小于36 W，大于9 WC等于9 W D小于9 W答案B解析白熾燈在正常工作時(shí)的電阻為R，由P變形得R36 ，當(dāng)接入18 V電壓時(shí)，假設(shè)燈泡的電阻也為36 ，則它消耗的功率為PW9 W，但是當(dāng)燈泡兩端接入18 V電壓時(shí)，它的發(fā)熱功率小，燈絲的溫度較正常工作時(shí)的溫度低，其電阻率小，

14、所以其電阻要小于36 ，其實(shí)際功率要大于9 W，故選項(xiàng)B正確3.如圖1所示的電路中，L1、L2是兩個(gè)不同的小燈泡，a、b間有恒定的電壓，它們都正常發(fā)光，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是()圖1AL1亮度不變，L2變暗BL1變暗，L2變亮C電路消耗的總功率變小D流過滑動(dòng)變阻器的電流變小答案BCD解析滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)阻值增大，并聯(lián)部分的電阻變大，分得電壓變大，所以L2兩端電壓增大，變亮L1分得電壓變小，L1變暗，A錯(cuò)，B對(duì)因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器電阻變大，總電阻變大，由P可知，U一定，P減小，即電路總功率減小，C對(duì)又因?yàn)榭傠娮柙龃螅傠娏鳒p小，而L2電壓變大，電流變大，所以流過變阻器的電

15、流減小，D正確4三只電阻R1、R2和R3按如圖2所示連接，在電路的A、B端加上恒定電壓后，電阻R1消耗的功率最大，則三只電阻的阻值大小關(guān)系為()圖2AR1>R2>R3 BR2>R1>R3CR3>R2>R1 DR1>R3>R2答案B解析電阻R1、R2并聯(lián)，電阻兩端的電壓相等，因?yàn)殡娮鑂1消耗的功率最大，由功率公式P，可判斷R2>R1，由串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，通過電阻R1的電流小于通過電阻R3的電流，根據(jù)功率公式PI2R，可判斷R1>R3，故選B.題組二焦耳定律的理解及應(yīng)用5通過電阻R的電流為I時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R

16、，電流強(qiáng)度為，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A4Q B2Q C. D.答案D解析根據(jù)QI2Rt得，當(dāng)電阻為2R，電流強(qiáng)度為時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q()2×2R×tI2Rt，D正確6把兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，若要產(chǎn)生相等的熱量，則兩種方法所需的時(shí)間之比t串t并為()A11 B21 C41 D14答案C解析設(shè)每根電熱絲電阻為R，則R串2R，R并.由QWt得t串t并41.題組三非純電阻電路的特點(diǎn)7.如圖3所示，有一內(nèi)電阻為4.4 的電解槽和一盞標(biāo)有“110 V60 W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則()圖3A電解槽消耗

17、的電功率為120 WB電解槽的發(fā)熱功率為60 WC電解槽消耗的電功率為60 WD電路消耗的總功率為60 W答案C解析燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110 V電壓，且干路電流II燈 A，則電解槽消耗的電功率PP燈60 W，A錯(cuò)，C對(duì)；電解槽的發(fā)熱功率P熱I2R內(nèi)1.3 W，B錯(cuò)誤；整個(gè)電路消耗的總功率P總220× W120 W，D錯(cuò)8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(shí)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，只有電烙鐵是純電阻用電器將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B選項(xiàng)正確

18、9.如圖4所示，電阻R120 ，電動(dòng)機(jī)的繞組的電阻R210 .當(dāng)電鍵斷開時(shí)，電流表的示數(shù)是0.5 A，當(dāng)電鍵合上后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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應(yīng)是()圖4AI1.5 A BI1.5 ACP15 W DP15 W答案BD解析電路兩端的電壓為：UI1R10.5 A×20 10 V電動(dòng)機(jī)是非純電阻用電器，UI2IR2，所以I21 A電流表的示數(shù)II1I21.5 A，A錯(cuò)誤，B正確電路總功率為PU(I1I2)15 W，C錯(cuò)誤，D正確題組四綜合應(yīng)用10如圖5所示為甲、乙兩燈泡的IU圖象，根據(jù)圖象，計(jì)算甲、乙兩燈泡并聯(lián)在電壓為220 V的電路中時(shí)，實(shí)際發(fā)

19、光的功率約為()圖5A15 W、30 W B30 W、40 WC40 W、60 W D60 W、100 W答案C解析從圖象的橫坐標(biāo)(U)為220 V的刻度可找出對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)(I)的值分別為I甲0.19 A，I乙0.29 A，則P甲U·I甲40 W，P乙U·I乙60 W，即C項(xiàng)正確11.如圖6所示的電路中，電爐電阻R10 ，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻r1 ，電路兩端電壓U100 V，電流表的示數(shù)為30 A，問通過電動(dòng)機(jī)的電流強(qiáng)度為多少？通電一分鐘，電動(dòng)機(jī)做的有用功為多少？圖6答案20 A9.6×104 J解析題圖中的兩個(gè)支路分別為純電阻電路(電爐)和非純電阻電路(電動(dòng)機(jī))在純

20、電阻電路中可運(yùn)用歐姆定律I直接求出電流強(qiáng)度，而非純電阻電路中的電流強(qiáng)度只能運(yùn)用干路和支路中電流強(qiáng)度的關(guān)系求出在非純電阻電路中，電功大于電熱，兩者的差值才是有用功根據(jù)歐姆定律，通過電爐的電流強(qiáng)度為I1 A10 A.根據(jù)并聯(lián)電路中的干路電流和支路電流的關(guān)系，則通過電動(dòng)機(jī)的電流強(qiáng)度為I2II120 A.電動(dòng)機(jī)的總功率為PUI2100×20 W2×103 W.因發(fā)熱而損耗的功率為PIr400 W.電動(dòng)機(jī)的有用功率(機(jī)械功率)為PPP1.6×103 W，電動(dòng)機(jī)通電1 min做的有用功為WPt1.6×103×60 J9.6×104 J.12一臺(tái)電風(fēng)扇，內(nèi)阻為20 ，接上220 V電壓后，消耗功率66 W問：(1)電風(fēng)扇正常工作時(shí)通過電動(dòng)機(jī)的電流是多少？(2)電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少？轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少？電動(dòng)機(jī)的效率是多少？(3)如果接上電源后，電風(fēng)扇的風(fēng)葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)通過電動(dòng)機(jī)的電流以及電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？答案(1)0.3 A(2)64.2 W1.8 W97.3 %(3)11 A2 420 W2 420 W解析(1)因?yàn)镻入IU所以I A0.3 A(2)電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率P內(nèi)I2R0.32×20 W1.8 W電風(fēng)