焦耳定律 市賽獲獎(jiǎng)

第五節(jié)焦耳定律學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.從電能向其他形式能的轉(zhuǎn)化來理解電功及電功率，理解電功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系．2．掌握焦耳定律，明確電功和電熱的區(qū)別，知道純電阻和非純電阻電路．

課標(biāo)定位重點(diǎn)難點(diǎn)：電功、電熱和電功率、熱功率的理解和計(jì)算．易錯(cuò)問題：在非純電阻電路中，熱功率用P＝U2/R求解．

一、電功和電功率電功，即電流做功，實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體中的

對(duì)自由電荷的

在做功，自由電荷在靜電力的作用下沿靜電力的方向做定向移動(dòng)，結(jié)果電荷的

減少，而其他形式的能

．恒定電場(chǎng)靜電力電勢(shì)能增加公式：W＝

，其國際單位是

(J)．電功率是指

做的功，P＝

，其國際單位是

(W)．IUt焦耳單位時(shí)間內(nèi)電流IU瓦特公式Q＝I2Rt可以應(yīng)用于非純電阻電路嗎？為什么？【思考·提示】

可以，因?yàn)镼＝I2Rt適用于任何電路．思考二、焦耳定律1．定義電流I通過一段電阻為R的電路在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱Q＝

，這就是焦耳定律．2．熱功率

稱為熱功率，P＝

.I2Rt單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量I2R3．純電阻電路與非純電阻電路的區(qū)別在純電阻電路里，電功

電熱，電功率

.熱功率．在非純電阻電路里，電功

電熱，電功率

熱功率．等于等于大于大于一、電流做功的實(shí)質(zhì)在有電流通過的電路中，電場(chǎng)力所做的功常常說成是電流做的功，簡稱電功．在導(dǎo)體兩端加上電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就建立了電場(chǎng)，電場(chǎng)力在推動(dòng)自由電子定向移動(dòng)中要做功．由于功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以，電場(chǎng)力做了多少功，實(shí)質(zhì)上是電荷減少了多少電勢(shì)能，減少了的電勢(shì)能(即電能)轉(zhuǎn)化成其他形式的能．二、電功、電熱和電能的關(guān)系1．電流做功的過程，就是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程．但有些電路元件，只將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，有些電路元件，電流做功將電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，如機(jī)械能或化學(xué)能等．2．純電阻電路和非純電阻電路純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻元件除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器歐姆定律服從歐姆定律不服從歐姆定律U>IR或純電阻電路非純電阻電路能量轉(zhuǎn)化電流做功全部轉(zhuǎn)化為電熱電流做功除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動(dòng)機(jī)、電解槽等3．電功率和熱功率(1)對(duì)純電阻元件，電功率和熱功率相等．故電阻上的功率可用P＝UI計(jì)算，也可以用P＝I2R計(jì)算，還可以根據(jù)歐姆定律推出 .(2)對(duì)非純電阻電路，電功率大于熱功率，電阻上的電功率只能用P＝IU計(jì)算，而熱功率只能用P＝I2R計(jì)算．1．注意根據(jù)不同的電路選擇不同的公式計(jì)算，即要注意公式的適用范圍．2．對(duì)于純電阻電路，電功和電熱相等；對(duì)于非純電阻電路，電功要大于電熱．

特別提醒三、有關(guān)電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率1．電動(dòng)機(jī)的特性電動(dòng)機(jī)是一種非純電阻用電器，它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能．在電路計(jì)算中，歐姆定律不再適用．圖2－5－12．輸入功率：電動(dòng)機(jī)的總功率．由電動(dòng)機(jī)電路的電流和電壓決定，計(jì)算：P總＝UI.3．輸出功率：電動(dòng)機(jī)做有用功的功率．如圖2－5－1所示，P出＝mg·v(設(shè)重物勻速上升)．4．熱功率：電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時(shí)要發(fā)熱，熱功率P熱＝I2r.5．功率關(guān)系：P總＝P出＋P熱．6．電動(dòng)機(jī)的效率： .解決電動(dòng)機(jī)問題注意分兩種情況：1．當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，要分別搞清電動(dòng)機(jī)的總功率、輸出功率和熱功率．2．當(dāng)電動(dòng)機(jī)因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)純電阻電路．

特別提醒

下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是 (

)例1類型一關(guān)于公式的適用范圍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B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝t只適用于純電阻的電路C．在不是純電阻的電路中，UI>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路在不是純電阻的電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正確．Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確．【答案】

BCD【思維總結(jié)】

(1)W＝UIt計(jì)算電功即消耗的電能，對(duì)所有電器都適用；Q＝I2Rt計(jì)算電熱，即轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能，對(duì)所有電器都適用．(2)對(duì)純電阻電路，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱．即Q＝W，可用任一個(gè)公式計(jì)算．1．關(guān)于公式①P＝IU、②P＝I2R、③P＝，下列敘述正確的是 (

)A．公式①適用于求任何電路的電功率B．公式②適用于求任何電路的電功率C．公式①②③均適用于求任何電路的電功率D．以上說法均不正確變式拓展解析：選A.對(duì)純電阻電路，電流做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)公式①②③全部可以用來計(jì)算電功率，也就是熱功率．但對(duì)于非純電阻電路，公式①仍可用來計(jì)算電功率，但公式②③計(jì)算得只是熱功率，小于電功率．

在電源電壓不變的前提下，增加電爐的電熱絲在相等的時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，可采取的措施是 (

)A．增大電熱絲的電阻B．減小電熱絲的電阻C．在電熱絲上并聯(lián)電阻D．在電熱絲上串聯(lián)電阻例2類型二焦耳定律的應(yīng)用【答案】

B【思維總結(jié)】焦耳定律所闡述的導(dǎo)體上放出的熱量和某一個(gè)量的比例關(guān)系是在其他一些量不變的條件下才成立的，如在電流和通電時(shí)間都不變的條件下放出的熱量和電阻成正比．所以在應(yīng)用焦耳定律時(shí)，要注意公式中各物理量哪些是不變的，哪些是變化的．2．一只電爐的電阻絲和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈電阻相同，都為R.設(shè)通過它們的電流相同(電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn))，則在相同的時(shí)間內(nèi) (

)A．電爐和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱相等B．電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐消耗的功率C．電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D．電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等變式拓展解析：選ABC.已知R、I相同，則由公式Q＝I2Rt可知，電爐和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱相等，A正確；電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除去熱功率外，一部分電功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，因此對(duì)本題來說，B、C正確，D錯(cuò)誤．

在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采用如圖2－5－2所示的實(shí)驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和1.0V；重新調(diào)節(jié)R，使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V．求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的線圈電阻．例3類型三非純電阻電路中電功與電熱的計(jì)算圖2－5－2【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律求線圈電阻．(2)根據(jù)能量守恒求電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率．【答案】

22.0W

2Ω【思維總結(jié)】對(duì)于純電阻電路和非純電阻電路的區(qū)別，有效的辦法，是從能量轉(zhuǎn)化的角度區(qū)分而不能簡單地認(rèn)為只要是電動(dòng)機(jī)的電路就是非純電阻電路．當(dāng)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)它就是一個(gè)純電阻．當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，消耗的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，此時(shí)電路才是非純電阻電路．3.如圖2－5－3所示，電路電壓為60V，內(nèi)阻不計(jì)，電阻R＝2Ω，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻R0＝1.6Ω，電壓表的示數(shù)為50V，電動(dòng)機(jī)正常工作，求電動(dòng)機(jī)的輸出功率．變式拓展圖2－5－3解析：P總＝U1I＝50×5W＝250WP熱＝I2R0＝52×1.6W＝40WP機(jī)＝P總－P熱＝250W－40W＝210W.答案：210W1．下列關(guān)于電功率的說法中，正確的是 (

)A．用電器的額定功率與用電器的實(shí)際電壓和實(shí)際電流有關(guān)B．用電器的實(shí)際功率取決于用電器的額定功率C．白熾燈正常工作時(shí)，實(shí)際功率等于額定功率D．電功率越小，則電流做功越少解析：選C.用電器的額定功率是它正常工作時(shí)的功率，其值是由用電器本身的結(jié)構(gòu)決定的，與實(shí)際電流和電壓無關(guān)，故A錯(cuò)C對(duì)；而用電器實(shí)際功率是多大，是由加在它兩端的電壓和通過的電流決定的，故B錯(cuò)；電流做功的多少不僅與功率的大小有關(guān)，還與時(shí)間有關(guān)，故D錯(cuò)．2．(2010年江蘇常州高二檢測(cè))下列關(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W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝QB．在任何電路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于QC．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在純電阻電路中才成立D．W＝UIt在任何電路中都成立，Q＝I2Rt只在純電阻電路中才成立解析：選B.W＝UIt、Q＝I2Rt適用于一切電路，但在純電阻電路中W＝Q，在非純電阻電路中W>Q，B對(duì)，A、C、D錯(cuò)．3．一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的電樞線圈的電阻是R，其額定電壓是U，額定功率是P，那么它正常工作時(shí)的電流(

)A．等于P/U，且大于U/RB．等于P/U，且小于U/RC．等于P/U，也等于U/RD．不等于P/U，但等于U/R解析：選B.直流電動(dòng)機(jī)消耗電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，不屬于純電阻用電器，歐姆定律不能適用，因電動(dòng)機(jī)線圈的直流電阻很小，故U/R的值很大，故ACD均錯(cuò)；P＝UI是電功率的定義式普遍適用，故正確答案為B.4．不考慮溫度對(duì)電阻的影響，對(duì)一個(gè)“220V,40W”的燈泡，下列說法正確的是 (

)A．接在110V的電路上