2016高中物理216焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化課件（教科版選修3-1）

6焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化1．理解用電器的作用是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，會計算電流所做的功與電功率．2．知道純電阻電路與非純電阻電路的差別，會根據(jù)焦耳定律計算用電器產(chǎn)生的電熱．3．能運用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點解決簡單的含電動機(jī)的非純電阻電路問題.恒定電場

電能

電流

時間

IUt

焦

安培

伏特

秒

電流

瓦特

安

伏特

電流

電阻

時間

I2R

其他形式的

UI

I2r

U＝0

很大

內(nèi)能

(4)并聯(lián)電路中消耗的總功率P＝UI＝U(I1＋I(xiàn)2＋…In)＝UI1＋UI2＋…UIn＝P1＋P2＋…Pn即總功率等于并聯(lián)各電阻消耗功率之和．2．對電功和電功率的理解(1)從力的角度，電流做功的實質(zhì)是電場力對電荷做功．(2)從能的角度，電流做功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，電功的大小量度著電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少．(3)電功率表示電流做功快慢的物理量．電功率大，表示電流做功快，并不表示電流做功多，電功率小，表示電流做功慢，并不表示電流做功少．3．用電器的額定功率與實際功率用電器的額定功率是用電器長期正常工作時的最大功率，也是用電器加上額定電壓(或額定電流)時消耗的電功率．用電器的實際功率是用電器實際工作時消耗的電功率，為了使用電器不被燒壞，要求實際功率不能大于其額定功率．當(dāng)電壓不符合規(guī)定條件時，用電器的功率按實際使用的電壓和電流計算．用電器上常標(biāo)有“××V，××W”，指的是用電器的額定電壓和額定功率．當(dāng)電壓未達(dá)到額定值時用電器一般不能正常工作，電壓大于額定值時會燒毀用電器，有些電路元件上標(biāo)有“××W，××A”，指的是這個元件的額定功率和允許通過的最大電流．用電器不在額定電壓下工作時，我們往往忽略電阻隨溫度的變化而變化，此時由于電壓變化導(dǎo)致電流變化，功率也變化．二、電熱(焦耳定律)和熱功率1．對焦耳定律的理解(1)電流流過導(dǎo)體時消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分叫電熱．在一段電路中只有電阻元件時Q＝W＝UIt，再由U＝IR可得Q＝I2Rt＝U2t/R.(2)適用范圍：Q＝I2Rt是電熱的定義式，可求任何電路中電流I通過電阻R時產(chǎn)生的熱量(電熱)．(3)焦耳定律的微觀解釋：電流通過導(dǎo)體的時候，做定向移動的自由電子要頻繁地跟金屬正離子碰撞，由于這種碰撞，電子在電場力的加速作用下獲得的動能，不斷傳遞給金屬正離子，使金屬正離子的熱振動加劇，于是通電導(dǎo)體的內(nèi)能增加，溫度升高．2．電功和電熱的區(qū)別與聯(lián)系(1)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，同樣，電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的量度，電熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度，可見電功與電熱是兩個不同的物理量．因此電功的定義式是W＝IUt，電熱的定義式是Q＝I2Rt.在非純電阻電路中，如含有電動機(jī)、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等，電流做功將除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等，此時有W＞Q，或IUt＞I2Rt，此種情況下，電功只能用公式W＝IUt進(jìn)行計算，電熱Q只能用公式Q＝I2Rt進(jìn)行計算．3．電動機(jī)的等效處理電動機(jī)是一種非純電阻性用電器，它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能．在電路計算中，常把電動機(jī)等效為阻值等于其內(nèi)阻的電阻rD和無電阻的轉(zhuǎn)動線圈D串聯(lián)而成，如圖2－6－1，電流通過rD時把電能轉(zhuǎn)化為熱能，而線圈D把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．【典例1】

將標(biāo)有“220V、100W”和“220V、25W”字樣的兩個燈泡A和B串聯(lián)后接入電路，為使兩個燈泡都能安全使用，電路兩端所加電壓的最高值是多少？這時兩燈的實際功率之和是多少？答案275V

31.25W借題發(fā)揮求解用電器串聯(lián)且要求均能安全使用的問題時，應(yīng)把額定電流最小的用電器的額定電流作為實際電流進(jìn)行計算．【變式1】把六個相同的小燈泡接成如圖2－6－2甲、乙所示的電路，調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光，甲、乙兩電路所消耗的功率分別用P甲和P乙表示，則下列結(jié)論中正確的是(

)．A．P甲＝P乙

B．P甲＝3P乙

C．P乙＝3P甲

D．P乙＞3P甲解析設(shè)燈泡的額定電壓為U，正常發(fā)光時的電流為I，則有P甲＝3IU＋3I(12－U)＝36I，P乙＝3IU＋I(xiàn)(12－3U)＝12I.所以P甲＝3P乙．答案B【典例2】

電動玩具汽車的直流電動機(jī)電阻一定，當(dāng)加上0.3V電壓時，通過的電流為0.3A，此時電動機(jī)沒有轉(zhuǎn)動．當(dāng)加上3V電壓時，電流為1A，這時候電動機(jī)正常工作，求電動機(jī)正常工作時，產(chǎn)生的機(jī)械功率和發(fā)熱功率．解析當(dāng)加上0.3V電壓電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，R＝U1/I1＝0.3/0.3Ω＝1Ω；當(dāng)加上3V電壓時，電流為1A，消耗的電功率為：P＝IU＝1×3W＝3W發(fā)熱功率P熱＝I2R＝12×1W＝1W根據(jù)能量關(guān)系，產(chǎn)生的機(jī)械功率為：P機(jī)＝P－P熱＝3W－1W＝2W.答案2W

1W借題發(fā)揮解決此類問題，關(guān)鍵是要弄清電路消耗的電能轉(zhuǎn)化為什么能，確定歐姆定律是否適用，分清電功和電熱，搞清楚它們的關(guān)系，確定選用相應(yīng)的公式，切忌生搬硬套公式．【變式2】日常生活用的電吹風(fēng)機(jī)中有電動機(jī)和電熱絲，電動機(jī)帶動風(fēng)葉轉(zhuǎn)動，電熱絲給空氣加熱，得到熱風(fēng)可將頭發(fā)吹干．設(shè)電動機(jī)線圈的電阻為R1，它與電熱絲的電阻R2相串聯(lián)，接到直流電源上，電吹風(fēng)機(jī)兩端電壓為U，通過的電流為I，消耗的電功率為P，則以下選項正確的是(

)．A．IU>P

B．IU＝PC．P>I2(R1＋R2) D．P＝I2(R1＋R2)解析P＝UI為定義式，對任何電路都適用，而電吹風(fēng)內(nèi)部是一電動機(jī)，I2(R1＋R2)為整個電路的熱功率，所以有P>I2·(R1＋R2)．答案BC【典例3】

如圖2－6－5所示的電路中E＝3V，r＝0.5Ω，R0＝1.5