第二章恒定電流第5節(jié)《焦耳定律》課件

1、. . . 第二章第二章 恒定電流恒定電流第五節(jié)第五節(jié) 焦耳定律焦耳定律. . . 本節(jié)課是有關(guān)電路中能量問題的討論，教學(xué)中可用類比本節(jié)課是有關(guān)電路中能量問題的討論，教學(xué)中可用類比的方法向?qū)W生說明：電場力對自由電荷做功，電勢能轉(zhuǎn)化的方法向?qū)W生說明：電場力對自由電荷做功，電勢能轉(zhuǎn)化為動能，這相當于物體在真空中自由下落時，重力勢能轉(zhuǎn)為動能，這相當于物體在真空中自由下落時，重力勢能轉(zhuǎn)化衛(wèi)生動能，并通過視頻對燈泡工作功率進行演示，培養(yǎng)化衛(wèi)生動能，并通過視頻對燈泡工作功率進行演示，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和利用實驗分析和處理實際問題的能力。同學(xué)生觀察能力和利用實驗分析和處理實際問題的能力。同時在教學(xué)中還應(yīng)對燈泡

2、額定功率與額定電壓的物理意義，時在教學(xué)中還應(yīng)對燈泡額定功率與額定電壓的物理意義，額定功率與實際功率的區(qū)別進行說明，突出能量守恒思想額定功率與實際功率的區(qū)別進行說明，突出能量守恒思想及研究熱效率的意義以及聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)。及研究熱效率的意義以及聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)。. . . 1.1. 理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。了解實際理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。了解實際功率和額定功率。功率和額定功率。2 2了解電功和電熱的關(guān)系。了解認識焦耳定律，能用其表了解電功和電熱的關(guān)系。了解認識焦耳定律，能用其表達式進行計算。達式進行計算。3 3知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系，電功知

3、道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系，電功大于電熱。大于電熱。4 4能運用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點解決簡單的含電動機的非能運用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點解決簡單的含電動機的非純電阻電路問題。純電阻電路問題。重點：區(qū)別并掌握電功和電熱的計算。重點：區(qū)別并掌握電功和電熱的計算。難點：電路中純電阻電路和非純電阻電路的判斷。難點：電路中純電阻電路和非純電阻電路的判斷。. . . 用電器是用電來工作的器具，它們的用電器是用電來工作的器具，它們的共同特點共同特點是要是要消耗電能消耗電能，靠電流做功來工作?？侩娏髯龉砉ぷ?。 zxxk zxxk功能多樣的用電器功能多樣的用電器電流做功的過程，實際就是電能轉(zhuǎn)化為其他

4、形式能量的過程。電流做功的過程，實際就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程。電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。. . . 5W=qUq=ItW=UIt一、電功和電功率一、電功和電功率 如圖所示，一段電路兩端的電壓為如圖所示，一段電路兩端的電壓為U U ，由于這段電路兩，由于這段電路兩端有電勢差，電路中就有電場存在，電路中的自由電荷在電端有電勢差，電路中就有電場存在，電路中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流I I 。在時間在時間t t 內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量內(nèi)通過這段電路上任一

5、橫截面的電荷量q 為：為：在這個過程中電場力做的功為：在這個過程中電場力做的功為：將將q 代入得：代入得： 在這段電路中電場力所做的功，也就是通常所說的電流在這段電路中電場力所做的功，也就是通常所說的電流所做的功，簡稱所做的功，簡稱電功電功。. . . 1. 電功電功（1）定義：在一段電路中電場力所做的功，就是電流所）定義：在一段電路中電場力所做的功，就是電流所 做的功，簡稱電功。做的功，簡稱電功。（3）單位：焦耳，簡稱焦，符號是）單位：焦耳，簡稱焦，符號是 J。千瓦時，俗稱千瓦時，俗稱“度度”，符號是，符號是 kWh。1 kWh = 1000 W3600 s = 3.6106 J （2）定義

6、式：）定義式：WIUt 電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流電路中的電流 I 和通電時間和通電時間 t 三者的乘積。三者的乘積。. . . 一段電路上的電功率一段電路上的電功率P 等于這段電路兩端的電壓等于這段電路兩端的電壓U 和電和電路中電流路中電流 I 的乘積。的乘積。（2）意義：電功率表示電流做功的快慢。）意義：電功率表示電流做功的快慢。（3）單位：在國際單位制中是瓦（）單位：在國際單位制中是瓦（W），常用單位還有毫），常用單位還有毫 瓦（瓦（mW），千瓦（），千瓦（kW）。）。（1）定義：單位時間內(nèi)電流所做的功叫做

7、電功率。）定義：單位時間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。組卷網(wǎng)PWIUt1 kW103 W106 Mw = 103 MW. . . 3. 額定功率和實際功率額定功率和實際功率 用電器銘牌上所標稱的功率是額定功率，用電器在用電器銘牌上所標稱的功率是額定功率，用電器在實際電壓下工作的功率是實際功率。實際電壓下工作的功率是實際功率。用電器只有在額定電壓下工作實際功率才等于額定用電器只有在額定電壓下工作實際功率才等于額定功率。功率。. . . 為什么有些用電器通電后會發(fā)熱呢？為什么有些用電器通電后會發(fā)熱呢？ 在金屬導(dǎo)體中，在電場力作用下做加速運動的自由電子在金屬導(dǎo)體中，在電場力作用下做加速運動的自由電子頻繁

8、地與離子碰撞，把定向移動的動能傳給離子，使離子頻繁地與離子碰撞，把定向移動的動能傳給離子，使離子熱運動加劇，將電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。熱運動加劇，將電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電烙鐵電烙鐵電熨斗電熨斗. . . 電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而與電電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而與電爐絲相連的導(dǎo)線卻不怎么熱，為什么？爐絲相連的導(dǎo)線卻不怎么熱，為什么？http:/ . . 這個關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實這個關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實驗得到的，叫驗得到的，叫焦耳定律焦耳定律。1. 電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量 Q 等于電流等于電流 I 的二次方、導(dǎo)的二次方、導(dǎo)體的電阻體的電阻 R 和通電時間和

9、通電時間 t 三者的乘積，即：三者的乘積，即：2. 熱功率熱功率 ：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率稱為熱功率。一段電路因發(fā)熱而消耗的功率稱為熱功率。222 QI RtPI RPItRt 二、焦耳定律二、焦耳定律2QI Rt . . . 1. 純電阻電路：只含有電阻的電路。如電爐、電烙鐵等電純電阻電路：只含有電阻的電路。如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路，白熾燈及熱器件組成的電路，白熾燈及轉(zhuǎn)子被卡住的電動機轉(zhuǎn)子被卡住的電動機也是純也是純電阻器件。電阻器件。 2. 非純電阻電路：電路中含有電動機在轉(zhuǎn)動或有電解槽非純電阻電路：電路中含有電動機在轉(zhuǎn)動或有電解槽在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的電路。在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的電路。

10、焦耳定律適用于純電阻電路，也適用于非純電焦耳定律適用于純電阻電路，也適用于非純電阻電路。阻電路。 . . . 設(shè)在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為設(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，通過的電流為I，試計算在時間，試計算在時間 t 內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量內(nèi)電流通過此電阻產(chǎn)生的熱量 Q。據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓為：據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓為：U = IR在時間在時間t內(nèi)電場力對電阻元件所做的功為：內(nèi)電場力對電阻元件所做的功為：W = IUt = I2Rt由于電路中只有由于電路中只有純電阻元件純電阻元件，故電流所做的功，故電流所做的功W 等于電熱等于電熱Q

11、 如果電路不是純電阻電路，電功仍為如果電路不是純電阻電路，電功仍為 W=IUt，電阻上產(chǎn)生，電阻上產(chǎn)生的熱量仍為的熱量仍為 Q = I2Rt，但此時電功比電阻上產(chǎn)生的熱量大。但此時電功比電阻上產(chǎn)生的熱量大。. . . 純電阻電路純電阻電路 電能電能W 內(nèi)能內(nèi)能Q I2RtUIt=I = U/RM非純電阻電路非純電阻電路I U/R歐姆定律不適歐姆定律不適用于非純電阻用于非純電阻電路！電路！UIt I2Rt + E=電能電能W 內(nèi)能內(nèi)能Q + +其他形式能量其他形式能量純電阻電路與非純電阻電路純電阻電路與非純電阻電路. . . 解解:據(jù)能量守恒定律得據(jù)能量守恒定律得: IUt = I2Rt +W故

12、電動機每分鐘所做的機械功為故電動機每分鐘所做的機械功為: W =(IU I2R )t =(5220 520.4)60 J =6.5104 J。例例1. 一個電動機，線圈電阻是一個電動機，線圈電阻是 0.4 ，當它兩端所加，當它兩端所加的電壓為的電壓為 220 V時，通過的電流是時，通過的電流是 5 A。這臺電動機每分。這臺電動機每分鐘所做的機械功有多少鐘所做的機械功有多少?答案：答案：6.5104 J. . . 一、電功率與熱功率一、電功率與熱功率 1. 區(qū)別區(qū)別 電功率是指某段電路的全部電功率，或這段電路上消耗電功率是指某段電路的全部電功率，或這段電路上消耗的全部電功率，決定于這段電路兩端電

13、壓和通過的電流強的全部電功率，決定于這段電路兩端電壓和通過的電流強度的乘積。度的乘積。 熱功率是指在這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率。決定于熱功率是指在這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率。決定于通過這段電路電流強度的平方和這段電路電阻的乘積。通過這段電路電流強度的平方和這段電路電阻的乘積。2. 聯(lián)系聯(lián)系 對純電阻電路，電功率等于熱功率。對純電阻電路，電功率等于熱功率。 對非純電阻電路，電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除熱能外對非純電阻電路，電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除熱能外其他形式的功率之和。其他形式的功率之和。. . . “負荷負荷”是對用電器功率特征的一種習(xí)慣稱謂是對用電器功率特征的一種習(xí)慣稱謂。通常說。通常

14、說“負負荷荷”大，是指用電器的功率大，并不是用電器的大，是指用電器的功率大，并不是用電器的“電阻電阻”大。大。在在一般情況下，一般情況下，“負載負載”大的用電器電阻反而小。大的用電器電阻反而小。 如如“220 V60 W”與與“220 V100 W”的兩個燈泡，的兩個燈泡，后者功率較大，電阻卻較小。后者功率較大，電阻卻較小。二、二、“負荷負荷”與與“電阻電阻”的區(qū)別的區(qū)別. . . 家庭電路中同時使用功率過大的用電家庭電路中同時使用功率過大的用電器可能引起火災(zāi)器可能引起火災(zāi). . . 例例2. 取一個玩具小電機取一個玩具小電機 ，其內(nèi)阻，其內(nèi)阻 R = 1.0 ，把它接在如圖，把它接在如圖所示

15、的電路中。所示的電路中。（1）先夾住電動機軸，閉合開關(guān)，電機不轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動變阻）先夾住電動機軸，閉合開關(guān)，電機不轉(zhuǎn)。調(diào)整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為器的阻值，使電壓表的示數(shù)為 0.50 V，記下電流表的示數(shù)，記下電流表的示數(shù)，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。（2）再松開夾子，使小電機轉(zhuǎn)動，調(diào)整滑動變阻器的阻值，）再松開夾子，使小電機轉(zhuǎn)動，調(diào)整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為使電壓表的示數(shù)為 2.0 V（此電壓為小電機的額定電壓），記（此電壓為小電機的額定電壓），記下電流表的示數(shù)，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加下電流表的示數(shù)，

16、算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。以比較。. . . 解：（解：（1）電機不轉(zhuǎn)時，）電機不轉(zhuǎn)時，U = 0.50 V，I = 0.50 A， P電電 = UI = 0.500.50 W = 0.25 W P熱熱 = I2R = 0.5021.0 W = 0.25 W P電電 = P熱熱（2）電機轉(zhuǎn)動時，）電機轉(zhuǎn)動時，U = 2.0 V，I = 0.40 A， P電電 = UI =2.00.40 W = 0.80 W P熱熱 = I2R =0.4021.0 W = 0.16 W P電電P熱熱答案：答案：（1）P電電 = P熱熱 （2） P電電P熱熱. . . 例例3. 對計算任何用電器的電功率都適用的公式對計算任何用電器的電功率都適用的公式是（是（ ） CDA. P = I2RB. P = U2/RC. P =UID. P = W/ t. . . . . . 1. 規(guī)格為規(guī)格為“220 V 1000 W”的電爐，求：的電爐，求：（1）電爐正常工作時，通過電阻絲的電流；）電爐正常工作時，通過電阻絲的電流；（2）電爐的電阻）電爐的電阻 。解：（解：（1）由）由P = UI 知，電爐正常工作時：知，電爐正常工作時： I額額 = P額額 /U額額 =1000/220 A4.5 A。 （2）電爐的電阻：）電爐的電阻： R = U額額2 /P額額 = 22