焦耳定律資料詳解

1、 2.5 焦耳定律二、電功率 一、電功三、電熱四、電功與電熱大小對比五、電動機電路的輸入功率、熱功率、輸出功率六、輸電線路中的輸入功率、輸出功率、線路損耗功率它們把電能轉(zhuǎn)化為什么能？這種電器叫純電阻用電器熱能導體通電時的發(fā)熱現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)。 一、電功電場力（或電流）所做的功叫電功。描述力對電荷位移的累積效果。（1）定義式的變形式：W=qU=UIt（2）單位：焦耳（J）、千瓦時（kwh）。1kwh=3.6106J 自由電子在電場力的作用下在電路中會定向移動，電場自由電子在電場力的作用下在電路中會定向移動，電場力做功，電場力做的功常常說成是電流所做的功，簡稱力做功，電場力做的功常常說成是電流所

2、做的功，簡稱電功電功。 不同的用電器在相同電壓作用下，電場力做功的快慢程不同的用電器在相同電壓作用下，電場力做功的快慢程度又不同，為了比較電場力做功的快慢，引入了度又不同，為了比較電場力做功的快慢，引入了電功率電功率。 電流通過導體是會發(fā)熱，把它叫電流通過導體是會發(fā)熱，把它叫電熱電熱。 那么，電功、電功率、電熱三個物理量之間有何關(guān)系呢？那么，電功、電功率、電熱三個物理量之間有何關(guān)系呢？下面在復習學過內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步來明確這些問題。下面在復習學過內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步來明確這些問題。nP P額額是個定值，是個定值，P P實實是個變值是個變值 n大小關(guān)系大小關(guān)系P P額額P P實實二、電功率 附

3、附: :幾種常見家用電器的額定功率幾種常見家用電器的額定功率 用電器29吋彩電電熨斗電冰箱微波爐臺燈額定電壓（V）220220220220220額定功率（W）015030080010015080012004060 用電器的電阻和功率的說明純電阻用電器接入電路中，若無特別說明，應(yīng)認為其電阻不變用電器的實際功率超過額定功率時，認為它將被燒毀。不考慮其安全系數(shù)沒有注明額定值的用電器(如用于限流的變阻器)接入電路時，認為其工作的物理量均小于其額定值，能安全使用. 電壓表和電流表是考慮內(nèi)阻，要看具體問題，具體分析。有些題要求考慮，有些不要求考慮。電流通過導體產(chǎn)生的熱量叫電熱。熱的產(chǎn)生不只是電。（1）焦耳

4、定律：電流通過導體時產(chǎn)生的熱量Q等于電流I的二次方、導體的電阻 R 和通電時間 t 三者的乘積 Q=I2Rt（2）單位：焦耳（J）三、電熱三、電熱（4 4）焦耳定律）焦耳定律 的適用條件：的適用條件：2QI Rt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。只要有電阻通電就成立。阻電路。只要有電阻通電就成立。 純電阻電路：純電阻電路：只含有電阻的電路、如電爐、電烙鐵只含有電阻的電路、如電爐、電烙鐵等電熱器件組成的電路，白熾燈及轉(zhuǎn)子被卡住的電等電熱器件組成的電路，白熾燈及轉(zhuǎn)子被卡住的電動機也是純電阻器件。它們把電能轉(zhuǎn)化為熱能。動機也是純電阻器件。它們把電

5、能轉(zhuǎn)化為熱能。 非純電阻電路：非純電阻電路：電路中有電動機在轉(zhuǎn)動或有電解電路中有電動機在轉(zhuǎn)動或有電解槽在發(fā)生化學反應(yīng)，或有電池在充電等。電能變槽在發(fā)生化學反應(yīng)，或有電池在充電等。電能變?yōu)闊岷推渌问侥堋．a(chǎn)生的熱量用焦耳定律計算。為熱和其它形式能。產(chǎn)生的熱量用焦耳定律計算。 根據(jù)能量守恒定律及根據(jù)能量守恒定律及“功是能量轉(zhuǎn)化的量度功是能量轉(zhuǎn)化的量度”可知：電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生了電熱，即電能轉(zhuǎn)化為熱可知：電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生了電熱，即電能轉(zhuǎn)化為熱能，則電流必做功。那么，電功與電熱大小之間有能，則電流必做功。那么，電功與電熱大小之間有何關(guān)系呢？何關(guān)系呢？（1 1）在純電阻電路中，電功等于電熱：）在純電阻電路

6、中，電功等于電熱：W=W=E E電電減減= =Q Q 即電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：UIt=I2RtU=IR，也即歐姆定律成立。 此時還有： UIt=I2Rt=（U2/R）tMVUIR四、電功與電熱大小對比四、電功與電熱大小對比因電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為機械能能等其它形式的能量。 UIt=I2Rt+E其它I2Rt，可見，UIR，即歐姆定律對這段非純電阻電路不成立。U=IR（2 2）在非純電阻電路中，電功大于電熱：）在非純電阻電路中，電功大于電熱：W=EW=E電減電減Q Q提醒：提醒：1 1、公式、公式W=UItW=UIt和和P=UIP=UI是電功和電功率的一般表達是電功和電功率的一般表

7、達式，表示電流通過用電器做的總電功和總電功率。式，表示電流通過用電器做的總電功和總電功率。適用于任何用電路。適用于任何用電路。 W=I W=I2 2Rt=URt=U2 2t/Rt/R和和P=IP=I2 2R=UR=U2 2/R /R ，則是前面兩，則是前面兩公式與歐姆定律結(jié)合而導出的，它們實際上只適公式與歐姆定律結(jié)合而導出的，它們實際上只適用于純電阻電路。用于純電阻電路。2、電流通過用電器做功的過程實際上是電能轉(zhuǎn)化電流通過用電器做功的過程實際上是電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能的過程。為其它形式的能的過程。 電流通過一段電路做了多少功，電能就減少電流通過一段電路做了多少功，電能就減少多少，其它形式能就增

8、加多少多少，其它形式能就增加多少。例1 關(guān)于電功W和電熱Q的說法正確的是()A在任何電路中都有WUIt、QI2Rt，且WQB在任何電路中都有WUIt、QI2Rt，但W不一定等于QCWUIt、QI2Rt均只有在純電阻電路中才成立DWUIt在任何電路中成立，QI2Rt只在純電阻電路中成立解析：WUIt、QI2Rt適用于一切電路，但在純電阻電路中WQ，在非純電阻電路中WQ，B對，A、C、D錯答案：B 電動機中的能量轉(zhuǎn)化：通電時，電阻r把電能轉(zhuǎn)化為熱能，無阻線圈D把電能轉(zhuǎn)化為機械能。能量守恒關(guān)系為E電=E機+Q ，即UItUIt=P=P機機t t+I+I2 2RtRt(2)電動機的輸入功率：又叫電動機

9、的總功率，由電動機線圈中的電流I和電機兩端的電壓U決定,如圖。計算方法：P總UI（1）電動機是一種非純電阻用電器電動機通電時，常把電動機內(nèi)的有阻線圈等效于：線圈的電阻r和無電阻線圈D（理想線圈）串聯(lián)而成。如圖所示。五、電動機電路的輸入功率、熱功率、輸出功率(3)電動機的熱功率：電動機線圈的電阻r發(fā)熱熱功率 P熱I2r(4)電動機的輸出功率：電動機做有用功的功率，是機械功率。如圖所示， P出=P機 =FV勻速時F=mg ，P出=P機 = mgv(5) 三個功率的關(guān)系輸入功率P= IU熱功率P熱=I2r 輸出功率P出=P機 =mgvPP出+P熱 IU=mgv+ I2r思考:電動機的效率是？輸入功率

10、：輸電線路兩端的電壓U與輸入電流I之積。即P=IU輸出功率：即用戶獲得的電功率，等于用戶兩端的電壓U用與輸出 電流I之積，即P用=IU用 三三個功率關(guān)系個功率關(guān)系：P=P用用+P損耗損耗 即即UI= U用用 I+I2 R線線 其中其中P出出=P用用輸電線路的等效電路圖I 思考：輸電效率= ? 線路損耗的功率線路損耗的功率：P損損=I2R線線六、輸電線路中的輸入功率、輸出功率、線路損耗功率00=100PP出回答:P=UI的決定關(guān)系分析高壓輸電的電損耗特點小結(jié)：小結(jié)：電功電功 UItW 電功率電功率 UItWP熱功率熱功率 RItQP2焦耳熱焦耳熱 RtIQ2利用專用公式解題還會錯嗎？BC典型例題

11、典型例題解析：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)化為熱能；而在非純電阻電路中，UII2R，即消耗的電能只有部分轉(zhuǎn)化為熱能答案：BC例2 .“220 V,66 W”的電風扇，線圈的電阻為20 ，(1)接上220 V電壓后，求電風扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱功率(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱功率解析：解析：(1)電風扇工作時，其電路不是純電阻電電風扇工作時，其電路不是純電阻電路，它從電源獲取

12、的電功率一部分轉(zhuǎn)化為線圈的路，它從電源獲取的電功率一部分轉(zhuǎn)化為線圈的發(fā)熱功率，另一部分轉(zhuǎn)化為扇葉轉(zhuǎn)動時的機械功發(fā)熱功率，另一部分轉(zhuǎn)化為扇葉轉(zhuǎn)動時的機械功率它們?nèi)咧g的關(guān)系為：率它們?nèi)咧g的關(guān)系為： P電電P熱熱P機機其中其中P電電UI，P熱熱I2R電風扇接在電風扇接在220 V電壓下正常工作，電流大小為電壓下正常工作，電流大小為I額額P額額/U額額(66/220) A0.3 A發(fā)熱功率為發(fā)熱功率為P熱熱I2R0.3220 W1.8 W轉(zhuǎn)化為機械能的功率為轉(zhuǎn)化為機械能的功率為P機機P電電P熱熱66 W1.8 W64.2 W(2)電扇的扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動，電機相當于純電阻，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，

13、通過電扇的電流為IU/R(220/20) A11 A.電機消耗的功率P等于發(fā)熱功率P熱，PP熱IU11220 W2 420 W,遠大于66W.這時電機將被燒壞答案：64.2 W1.8 W2 420 W2 420 W例3.在如圖所示的實驗電路中，當調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使電動機停止轉(zhuǎn)動時，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，使電動機恢復正常運轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V求：(1)這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機的線圈電阻(2)電動機正常工作狀態(tài)時勻速提升一個2kg的物體，該物體豎直上升的速度多大？(g10 m/s2)答案：(1)22.0 W

14、2 (2)1.1 m/s 例 4 如圖所示，電路中的電阻R10 ，電動機的線圈電阻r1 ，加在電路兩端的電壓U100 V已知電流表讀數(shù)為30 A，則通過電動機線圈的電流為多少？電動機輸出功率為多少？答案：答案：20 A1 600 W 例例5如圖所示，A為電解槽，M為電動機，N為電爐，恒定電壓U12V，電解槽內(nèi)阻rA2。當K1閉合，K2、K3斷開時，A示數(shù)6A；當K2閉合，K1、K3斷開時，A示數(shù)5A，且電動機輸出功率為35W；當K3閉合，K1、K2斷開時，A示數(shù)為4A.求：(1)電爐的電阻及發(fā)熱功率各多大？(2)電動機的內(nèi)阻是多少？(3)在電解槽工作時，電能轉(zhuǎn)化為 化學能的功率為多少？答案：R

15、=2； PR=72WrM=1P化=16W 電解槽問題電解槽問題想一想想一想:電動機和電解槽的效率分別是多少？電動機和電解槽的效率分別是多少？練習5如圖所示為電動機提升重物的裝置，電動機線圈的電阻為r=1 ，電動機兩端的電壓為5 V，電路中的電流為1 A，物體A重20 N，不計摩擦力，求：(1)電動機線圈電阻上消耗的熱功率是多少？(2)電動機輸入功率和輸出功率各是多少？(3)10 s內(nèi)，可以把重物A勻速提升多高？【答案答案】(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 mM它們把電能轉(zhuǎn)化為什么能？這種電器叫純電阻用電器熱能導體通電時的發(fā)熱現(xiàn)象叫電流的熱效應(yīng)。 一、電功電場力（或電流）所做的功叫電

16、功。描述力對電荷位移的累積效果。（1）定義式的變形式：W=qU=UIt（2）單位：焦耳（J）、千瓦時（kwh）。1kwh=3.6106J 自由電子在電場力的作用下在電路中會定向移動，電場自由電子在電場力的作用下在電路中會定向移動，電場力做功，電場力做的功常常說成是電流所做的功，簡稱力做功，電場力做的功常常說成是電流所做的功，簡稱電功電功。 不同的用電器在相同電壓作用下，電場力做功的快慢程不同的用電器在相同電壓作用下，電場力做功的快慢程度又不同，為了比較電場力做功的快慢，引入了度又不同，為了比較電場力做功的快慢，引入了電功率電功率。 電流通過導體是會發(fā)熱，把它叫電流通過導體是會發(fā)熱，把它叫電熱電熱。 那么，電功、電功率、電熱三個物理量之間有何關(guān)系呢？那么，電功、電功率、電熱三個物理量之間有何關(guān)系呢？下面在復習學過內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步來明確這些問題。下面在復習學過內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步來明確這些問題。附附: :幾種常見家用電器的額定功率幾種常見家用電器的額定功率 用電器29吋彩電電熨斗電冰箱微波爐臺燈額定電壓（V）220220220220220額定功率（W）015030080010015080012004060BC典型例題典型例題解析：解析：(1)電風扇工作時，其電路不是純電阻電電風扇工作時，其電路不是純電阻電路，它從電源獲取的電功率一部分轉(zhuǎn)化為線圈的路，它從電源獲取的