焦耳定律-完整版獲獎?wù)n件

1、5 焦耳定律【思考】居民家中電表的作用是什么？提示：測量家庭電路中消耗的電能，或者說測量電流做功的多少.【思考】標有“220 V 40 W”的燈泡和“220 V 40 W”的電動機，把它們并聯(lián)后接到220 V的照明電路中，二者都能正常工作，它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？提示：不相同.電動機和燈泡消耗的電能相同，電動機有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱，另一部分轉(zhuǎn)化為機械能；燈泡消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱.一、純電阻電路與非純電阻電路1.兩種電路的比較2.電功與電熱 【特別提醒】不管是純電阻電路還是非純電阻電路，計算電功時都用W=UIt,功率都用P=UI,熱量都用Q=I2Rt,熱功率都用P=I2R,若用

2、變形式時，就要考慮是否是純電阻電路.【典例1】微型吸塵器的直流電動機的內(nèi)阻一定，為1，當加在它兩端的電壓為2.0 V時，電流為0.8 A，且能正常工作，求：（1）它的額定輸入功率多大？（2）工作時由導(dǎo)線發(fā)熱損失的功率多大？（3）它的最大輸出功率多大？【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)明確以下兩點關(guān)鍵點【標準解答】（1）電動機的額定輸入功率為：P額=UI=2.00.8 W=1.6 W（2）電動機的發(fā)熱功率為：P熱=I2R=(0.8)21 W=0.64 W.（3）根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒，電動機的最大輸出功率為： P出=P額-P熱=0.96 W.答案：（1）1.6 W （2）0.64 W （3）0.96 W【互動

3、探究】若電動機被卡住，則：（1）電動機消耗的功率為多少？（2）在1 s內(nèi)電動機線圈產(chǎn)生的熱量為多少？【解析】（1）若電動機被卡住，不再轉(zhuǎn)動，電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，電動機消耗的功率為：（2）在1 s內(nèi)電動機線圈產(chǎn)生的熱量為：Q=Pt=41 J=4 J.答案：（1）4 W （2）4 J【規(guī)律方法】 電動機電路的分析與計算并不是所有含有電動機的電路都是非純電阻電路，要注意區(qū)分電動機正常工作和被卡住兩種情況.（1）當電動機正常工作時，要注意分清電功和電熱的關(guān)系，電動機消耗的電能也就是電流做的功W=UIt，電動機產(chǎn)生的內(nèi)能必須用Q=I2Rt來求，另外，還要注意能量守恒定律的應(yīng)用即W=Q+E（E為其他形式的

4、能）或P入=P機+P熱，其中，P入=UI，P熱=I2R,P機為機械功率.（2）當電動機被卡住時，電動機消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電動機產(chǎn)生的內(nèi)能，W=Q,即UIt=I2Rt.【變式備選】一只規(guī)格為“220 V 2 000 W”的電爐，求：（1）在正常工作時的電阻；（2）若電壓為200 V，電爐的實際功率；（3）在220 V的電壓下，如果平均每天使用電爐2 h，此電爐一個月要消耗多少度電？（一個月按30天計算）【解析】（1）設(shè)電爐電阻為R，由 得R=（2）當電壓為U=200 V時，電爐的實際功率為：P=（3）在220 V的電壓下，一個月耗用電能為：W=Pt=2302 kWh=120 kWh=120度.

5、答案：（1）24.2 （2）1 653 W （3）120度二、串、并聯(lián)電路中電功率的分析與計算1.串聯(lián)電路2.并聯(lián)電路3.結(jié)論：無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率均等于各電阻消耗的功率之和.【特別提醒】（1）求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題，比例法求解會使問題簡化，但一定要確定是正比還是反比關(guān)系.（2）當分析用電器的功率問題時，一定要注意用電器的安全，即不要超過用電器的額定電壓、額定電流.【典例2】給定兩只標有“110 V 40 W”的燈泡L1和標有“110 V 100 W”的燈泡L2及一只最大阻值為500 的滑動變阻器R，將它們接在220 V的電路中，在如圖所示的幾種接法中，最合理

6、的是( )【解題指導(dǎo)】兩盞電燈均能正常發(fā)光則必須都達到額定電壓，電路消耗功率最小則最合理.【標準解答】選C.L1(110 V 40 W)和L2(110 V 100 W)的額定電壓相同，由P= 可知R1R2，由串、并聯(lián)電路電流、電壓特點可知A、D中L1、L2一定不會同時正常發(fā)光，雖然B、C能使L1、L2同時正常發(fā)光，但B中P總=2(P1+P2)，C中P總=2P2，故C正確.【規(guī)律方法】 最合理的電燈電路的分析判斷方法最合理的電燈電路就是能使燈泡正常發(fā)光且電路消耗功率最小，解答此類問題的思路分兩步：（1）先分清哪個電路的燈泡能夠正常發(fā)光，可以從電流、電壓、電功率中任選一個量達到其額定值，其他兩個也

7、達到額定值的方面分析.（2）確定了正常發(fā)光后，再比較哪一個電路的實際功率小，可以用定量計算的方法比較哪個電路的總電流小，也可以用定性分析的方法.【變式訓(xùn)練】如圖所示電路中，R1、R2都是“4 W 100 ”的電阻，R3是“1 W 100 ”的電阻，則 A、B間允許消耗的最大功率是( ) A.1.5 W B.9 W C.8 W D. 【解析】選A.R3上最大允許電壓為R1和R2上最大允許電壓為U1=U2= R1和R2串聯(lián)后，最大允許電壓為U12=40 V所以A、B兩點間最大允許電壓為UAB=U3=10 V當A、B兩點間電壓取最大值UAB10 V時，R1和R2上消耗的功率為P12= 此時R3上消耗

8、的功率為P31 W，所以PAB=P12+P3=1.5 W【典例】如圖中電源電動勢E=12 V,內(nèi)電阻r=0.5 .將一盞額定電壓為8 V，額定功率為16 W的燈泡與一只線圈電阻為0.5 的直流電動機并聯(lián)后和電源相連，燈泡剛好正常發(fā)光，通電100 min，問：（1）電源提供的能量是多少？（2）電流對燈泡和電動機所做的功各是多少？（3）燈絲和電動機線圈產(chǎn)生的熱量各是多少？（4）電動機的效率為多少？【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)明確以下兩點關(guān)鍵點【標準解答】（1）燈泡兩端電壓等于電源路端電壓,U=E-Ir,得總電流電源提供的能量:E電=IEt=81210060 J =5.76105J.(2)通過燈泡的電流電

9、流對燈泡所做的功W1=Pt=1610060 J=0.96105J通過電動機的電流I2=I-I1=6 A電流對電動機所做的功：W2=I2Ut=686 000 J =2.88105J(3)燈絲產(chǎn)生的熱量Q1=W1=0.96105J電動機線圈產(chǎn)生的熱量(4)電動機的效率:=答案：（1）5.76105J （2）0.96105 J 2.88105J（3）0.96105 J 1.08105J （4）62.5電阻R和電動機M串聯(lián)接到電路中，如圖所示，已知電阻R跟電動機線圈的電阻值相等，開關(guān)接通后，電動機正常工作.設(shè)電阻R和電動機M兩端的電壓分別為U1和U2，經(jīng)過時間t，電流通過R做功為W1,產(chǎn)生的熱量為Q1

10、,電流通過電動機做功為W2,產(chǎn)生的熱量為Q2.則有( )【錯誤案例】將非純電阻電路與純電阻電路混淆導(dǎo)致錯誤A.U1Q2 D.W1W2,Q1IR=U1,B錯誤；電流做的功W1=U1It,W2=U2It,故W1W2,C錯誤；產(chǎn)生的熱量由Q=I2Rt可判斷Q1=Q2,A正確，D錯誤.【易錯分析】本題易錯選項及錯誤原因分析如下：1.通過電阻R的電流為I時，在時間t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( )A.4Q B.2Q C. D.【解析】選C.由電熱公式Q=I2Rt可得： ，C正確.2.關(guān)于電功，下列說法中正確的是( )A.電功的實質(zhì)是電場力所做的功B.電功就是電熱，兩

11、個量是一回事C.電場力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運動的速率越來越大D.電流通過電動機時的電功率和熱功率相等【解析】選A.電流做的功在實質(zhì)上就是電場力對電荷做的功.A正確.電流做功的過程就是電勢能減少,其他形式能量增加的過程,電勢能減少多少其他形式能量就增加多少,但是電能不一定全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，比如在電動機中，只是把一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，大部分電能轉(zhuǎn)化為機械能， B錯誤.電場力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運動的速率增大,但同時自由電子在運動中不斷地和其他電子或離子碰撞，速度減小,整體效果自由電子可以看成勻速,C錯誤.電流通過電動機時,電流所做的功一部分轉(zhuǎn)化成熱能,一部分轉(zhuǎn)化成機械能,電功率應(yīng)大于熱功

12、率,D錯誤.3.關(guān)于計算電功率的三個公式P=UI、P=I2R、 的適用范圍，以下說法中正確的是( )A.這三個公式的適用范圍相同B.第一個公式普遍適用，后兩個公式只適用于純電阻電路C.第一個公式適用于無電阻的電路，后兩個公式適用于有電阻的電路D.三個公式的適用范圍與電路串、并聯(lián)的方式無關(guān)【解析】選B、D.電路可分為純電阻電路和非純電阻電路，P=UI對任何電路都適用，而P=I2R和 只適用于純電阻電路，故B正確，A、C錯誤；這三個公式的適用范圍與電路的串、并聯(lián)方式無關(guān)，故D正確.4.標有“220 V 40 W”和“220 V 60 W”的兩個燈泡串聯(lián)在電路中，則( )A.若電路電壓為220 V，

13、兩燈泡均不能正常發(fā)光B.若電路電壓為440 V，兩燈泡均能正常發(fā)光C.無論電壓如何，兩燈泡都不能正常發(fā)光D.無論電壓如何，標有“220 V 60 W”的燈泡不能正常發(fā)光【解析】選A、D.兩燈泡的額定電壓都為220 V，串聯(lián)后接在220 V的電路中，各自分得的電壓都比220 V小，故兩燈均不可能正常發(fā)光，A正確；由于兩燈泡電阻不同，接440 V時，一個分得電壓大于220 V，一個小于220 V，故也不能正常發(fā)光，B錯誤；由 可知40 W的燈泡電阻大，串聯(lián)后它分得的電壓大，故40 W的燈泡先達到220 V正常發(fā)光，若電路電壓再增大，則40 W燈泡分得的電壓超過220 V被燒壞，則60 W燈泡也不亮，C錯誤，D正確.5.在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路.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；當重新調(diào)節(jié)R，使電動機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0