2018版高中物理第3章恒定電流第3節(jié)焦耳定律學(xué)案魯科版選修3-1

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第3節(jié)焦耳定律

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)

1．理解電功、電功率的概念、計算公式．(重

點)

2．掌握焦耳定律并會用公式Q＝I2Rt計算電

熱．(重點)

3．能識別純電阻電路與非純電阻電路，掌握

電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系．(重點，難點)

電能

[先填空]

電功和電功率

電功電功率

概念電場力對定向移動的自由電荷所做的功單位時間內(nèi)電流所做的功

W

公式W＝qU＝UItPUI

＝t＝

單位焦耳，符號J瓦特，簡稱瓦，符號W

物理意義描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少描述電流做功的快慢

[再判斷]

1．電流做功的過程中，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．(√)

2．電流通過用電器時，電流做的功越多，說明用電器的電功率越大．(×)

3．電功率越大，電流做功一定越快．(√)

[后思考]

家庭用電用“度”做單位，度是電功的單位，還是電功率的單位？

【提示】度是電功的單位.1度＝1kW·h＝3.6×106J.

[合作探討]

把一根大頭針插在一小塊硬紙片上，用漿糊把紙貼在臺燈的燈泡上，使大頭針的針尖朝

上．然后用3張紙條做一小風(fēng)車，把風(fēng)車放在針尖上．打開臺燈，過一會發(fā)現(xiàn)，風(fēng)車轉(zhuǎn)動起

來：

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圖331

探討1：這一過程，電流做功嗎？

【提示】做功．

探討2：風(fēng)車為什么轉(zhuǎn)動？

【提示】電流通過燈絲做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．周邊空氣溫度升高，形成對流，風(fēng)

車轉(zhuǎn)動起來．

[核心點擊]

1．對電功的理解

(1)從力的角度看，電流做功的實質(zhì)是電場力對自由電荷做功．

(2)從能的角度看，電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，電功的大小量度

了電能的減少量，標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少．

(3)電功W＝UIt＝qU對任何電路都適用．

2．對電功率的理解

W

PUI

(1)電功率＝t＝對任何電路都適用．

(2)額定功率和實際功率

①額定功率：用電器正常工作所消耗的功率；

②實際功率：用電器在實際電壓下電流做功的功率．

1．一個電阻接入某電路后，消耗的功率為110W，通過3C的電荷量時，有330J的

電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則下列說法錯誤的是()

A．電阻兩端所加電壓為330V

B．通過電阻的電流為1A

C．電阻通電時間為3s

D．這個電阻的阻值為110Ω

WP

WqUUPIUI

【解析】由＝知，電阻兩端所加電壓＝q＝110V，A錯；由＝得＝U＝1A，

Wq3U

B對；由W＝Pt得通電時間t＝＝3s或t＝＝s＝3s，C對；由R＝，得R＝110Ω，

PI1I

D對．

【答案】A

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2．一臺國產(chǎn)XQB3013型自動洗衣機說明書中所列的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)表中

提供的數(shù)據(jù)計算：

額定電壓220V

額定頻率50Hz

額定洗衣、脫水功率360W

額定洗衣、脫水容量3kg

整機質(zhì)量33kg

外形尺寸(長×寬×高)(542×550×920)mm3

(1)這臺洗衣機在額定電壓下洗衣或脫水時，通過洗衣機的電流是多大？

(2)如洗衣、脫水的累計時間為40min，則洗衣機耗電多少？

P360

【解析】(1)由說明書可知P＝360W，又由P＝UI可知I＝＝A＝1.64A.

U220

(2)W＝Pt＝360×40×60J＝8.64×105J

故消耗的電能為8.64×105J.

【答案】(1)1.64A(2)8.64×105J

幾個電學(xué)公式的適用范圍

解答電流做功類的題目需掌握以下幾個重要公式，并理清它們的意義及適用條件．

(1)電功W＝UIt＝qU普遍適用；

q

I

(2)＝t為電流的定義式，普遍適用；

U

I

(3)＝R只適用于純電阻電路．

焦耳定律身邊的電熱

[先填空]

1．焦耳定律

(1)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)體的電阻成正比，跟

通電時間成正比．

(2)公式：Q＝I2Rt.

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(3)熱功率：電流通過用電器，單位時間內(nèi)的發(fā)熱量，公式為P＝I2R.

2．身邊的電熱

各種電器在使用中都會放出大量的電熱，這就是電流的熱效應(yīng)．有的是利用這些電熱，

如電熨斗、電飯鍋、電烘箱、電熱水器等；有的電器并不是利用它的電熱，這種電器要是散

熱不及時會造成危害，如電動機、電視機、變壓器等．

[再判斷]

1．根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導(dǎo)出電熱的公式，因此電功和電熱是完全相同

的．(×)

2．W＝UIt適用于任何電路求電功．(√)

3．Q＝I2Rt適用于任何電路求熱量．(√)

[后思考]

用電爐燒水時，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？

【提示】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)線電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量

比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多．

[合作探討]

如圖332所示，地面上有一個電風(fēng)扇，

圖332

探討1：電風(fēng)扇正常工作時，電流做功電能轉(zhuǎn)化為什么能？此時是什么電路？

【提示】轉(zhuǎn)化為扇葉的動能和電風(fēng)扇的內(nèi)能，非純電阻電路．

探討2：若電風(fēng)扇出現(xiàn)故障，扇葉卡住，電流做功轉(zhuǎn)化為什么能？此時是什么電路？兩

種情況下的電流相同嗎？

【提示】轉(zhuǎn)化為電風(fēng)扇的內(nèi)能，純電阻電路，不相同．

[核心點擊]

1．兩種電路的比較

電路純電阻電路非純電阻電路

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元件特點電路中只有電阻元件除電阻外還包括其他的電器元件

不遵循歐姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W

電流、電壓、電阻U

遵循歐姆定律I＝U

三者的關(guān)系R知U＞IR或I＜

其他R

電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能

能量轉(zhuǎn)化形式電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

量

能量轉(zhuǎn)化

示意圖

電器元件舉例電爐絲、白熾燈電動機、電解槽、電風(fēng)扇

2.電功與電熱

U2

WQUItI2Rtt

(1)純電阻電路：＝＝＝＝R；

U2

P＝P＝UI＝I2R＝.

電熱R

(2)非純電阻電路：電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，W>Q；電功率P＝UI，熱功率P＝I2R，

熱

P>P

熱．

3．(多選)關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法正確的是()

A．電功率越大電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多

U2

WUItWI2Rtt

B．＝適用于任何電路，而電功計算式＝＝R適用于純電阻電路

C．非純電阻電路中，UI＞I2R

D．Q＝I2Rt適用于任何電路

【解析】電功率越大，電流做功越快，但電路中產(chǎn)生的焦耳熱不一定越多，故A不正

U

WUItI

確；＝是電功的定義式，適用于任何電路，而＝R只適用于純電阻電路，由此推導(dǎo)出

U2

WI2Rtt

的公式＝＝R只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳

熱＋其他形式的能，所以C正確；Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中焦耳熱的

計算，D正確．

【答案】BCD

4．規(guī)格為“220V36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω，求：

(1)接上220V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；

(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

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的功率．

P36

【解析】(1)排氣扇在220V電壓下正常工作電流I＝＝A＝0.16A，