2023學年完整公開課版焦耳定律

第五節(jié)焦耳定律——用電器是用電來工作的器具，它們共同的特點是要消耗電能，靠電流做功來工作。

功能多樣的用電器電流做功的過程，實際就是電能轉化為其他形式能量的過程。電流做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能量。

將下列對象連線電風扇電能轉化為磁場能蓄電池電能轉化為機械能電爐電能轉化為化學能電磁鐵電能轉化為熱能？想一想W=qUq=ItW=UIt一、電功和電功率如圖所示，一段電路兩端的電壓為U，由于這段電路兩端有電勢差，電路中就有電場存在，電路中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流I.在時間t內通過這段電路上任一橫截面的電荷量q為：在這個過程中電場力做的功為

：將q代入得

：

在這段電路中電場力所做的功，也就是通常所說的電流所做的功，簡稱電功。一、電功和電功率1、電功（1）定義：在一段電路中電場力所做的功，就是電流所做的功，簡稱電功.（3）電功的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J.千瓦時，俗稱“度”，符號是kW·h.1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J（2）定義式：一、電功和電功率2、電功率（1）定義：單位時間內電流所做的功叫做電功率。（3）單位：瓦（W）、千瓦（kW）（2）定義式：３．額定功率和實際功率：實際功率：實際電壓下工作的功率額定功率：在額定電壓下工作時的功率．幾種常見家用電器的額定功率

用電路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）～150300～800100～150800～120040～60電功與電功率——當電流流過導體時，自由電子與金屬中的正離子會發(fā)生碰撞，電能會轉化為內能?！咀⒁狻咳魧w只有電阻（即通常所說的純電阻）電場力所做的功全部轉化為電路中的內能。即：Q=W隨堂小議為什么有些用電器通電后會發(fā)熱呢？二、焦耳定律

這個關系最初是物理學家焦耳用實驗得到的，叫焦耳定律。

設在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試計算在時間t內電流通過此電阻產生的熱量Q。據(jù)歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓為：U=IR在時間t內電場力對電阻元件做的功為W=IUt=I2Rt由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功W等于電熱Q所以產生的熱量為：Q=I2Rt1.焦耳定律

在一段只有電阻元件的純電阻電路中，電場力所做的功W等于電流通過這段電路時發(fā)出的熱量Q。即：Q=W2.熱功率:一段電路因發(fā)熱而消耗的功率稱為熱功率?！咎貏e強調】

如果電路不是純電阻電路，電功仍為：W=IUt，電阻上產生的熱量仍為：Q=I2Rt。但此時電功比電阻上產生的熱量大。二、焦耳定律電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系

電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率，決定于這段電路兩端電壓U和通過的電流I的乘積。熱功率是在某段電路上因發(fā)熱而消耗的功率，決定于通過這段電路的電流的平方I2和電阻R的乘積。（1）電功率與熱功率的區(qū)別若在電路中只有電阻元件時，電功率與熱功率數(shù)值相等。即P熱=P電若電路中有電動機時，電路消耗的電功率絕大部分轉化為機械能，只有一少部分轉化為內能，這時電功率大于熱功率，即P電＞P熱。（2）電功率與熱功率的聯(lián)系純電阻電路

電能W

內能Q

I2RtUIt=I=U/RM非純電阻電路I＜U/R說明：歐姆定律不適用于非純電阻電路！UIt

I2Rt＞電能W

內能Q+其它形式能量指轉化為內能的那部分電能!純電阻電路與非純電阻電路

例1、一臺電動機，線圈電阻是0.4Ω，當它兩端所加的電壓為220V時，通過的電流是5A。這臺電動機每分鐘所做的機械功有多少？

答案：6.54×104J

例2、某一用直流電動機提升重物的裝置如圖所示，重物質量m=50kg，電源提供恒定電壓U=110V，不計各處摩擦，當電動機以v=0.90m／s的恒定速度向上提升重物時，電路中電流強度I=5A，求電動機線圈電阻R（g=10m／s2）.答案:4?電動機

例3、一直流電動機線圈內阻一定，用手握住轉軸使其不能轉動，在線圈兩端加電壓為0.3V，電流為0.3A。松開轉軸，在線圈兩端加電壓為2V時，電流為0.8A，電動機正常工作。求該電動機正常工作時，輸入的電功率是多少?電動機的機械功率是多少?答案：1.6W；0.96W例4、對計算任何用電器的電功率都適用的公式是

例5、將一臺“220V、IOOW”的電風扇、一個“220V、IOOW”的充電器、一把“220V、IOOW”的電烙鐵分別接到220V的電源上,在相同的時間內,電流通過它們產生的熱量最多的是

A．電烙鐵B．充電器

C．電風扇D．一樣多消耗的電能呢？

例6、一只標有“6V9W”的燈泡接在某電源上，測得流過燈得電流為1安，則此時燈的功率為

A、小于9瓦

B、等于9瓦

C、大于9瓦

D、無法確定練1、額定電壓都是110V，額定功率A為100W、B為40W的電燈兩盞，若接在電壓是220V的電路上，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的是下圖中的哪一個？AB(1)AB(4)(3)AB(2)BARA＝U2/PA=484ΩIA＝PA/U＝0.455ARB＝U2/PB=1210ΩIB＝PB/U＝0.182A串聯(lián)后，兩燈的電流相同，根據(jù)P=UI=I2R可知，電阻大的燈泡實際功率大，所以B燈較亮電燈串聯(lián)后，通過的電流不能超過串聯(lián)燈泡中額定電流最小的電流值，所以此時的電燈中的最大電流是IB＝0.182A加在燈泡兩端的總電壓U＝IB（RA+RB）＝308V此時兩燈的實際功率P實＝IB2(RA+RB)＝56W練2、兩個燈泡A“220V100W”和B“220V40W”串聯(lián)后接在電路中，通電后，那個燈泡更亮？電路中允許通過的最大電流是多少？此時兩燈所加上的電壓是多大？兩燈的實際功率是多少？

例7、下表所示為國產某型全自動洗衣機說明書所列的主要數(shù)據(jù)，由此表可知：額定電壓220V

額定洗衣、脫水容量3kg額定頻率50Hz整機質量33kg

額定洗衣、脫水功率440W/220W

外形尺寸543mm×550mm×320mm

(1)這臺洗衣機在額定電壓下脫水時，通過洗衣機的電流是

A；

(2)如洗衣60min、脫水的時間30min，這臺洗衣機共消耗電能

kWh。10.55

例8、如圖是一臺電冰箱的銘牌。其中“耗電量0.50(kW.h)/24h這個參數(shù)的含義是，該冰箱正常使用24h消耗的電能為_________。如果按照額定功率70W和工作24h計算，則消耗的電能是_______kW.h，這個計算結果與冰箱銘牌上提供的相關參數(shù)差異較大，是由于冰箱具有________工作的特點而造成的。0.50kW.h1.68不連續(xù)

例9、如圖所示為現(xiàn)在家庭常用的電水壺（一種在倒水時導線脫離，用電加熱的方便水壺）的名牌。某同學用這種電水壺燒開水，他將水放至最大水量，測得水的初溫是20℃，通電5分50秒，水燒開（在一個標準大氣壓下）。試通過計算，回答下面問題。已知水的比熱容為4200焦/(千克·℃)（1）此電水壺正常工作時的電流？（2）該電水壺電熱絲的電阻多大？（3）水所吸收的熱量是多少？額定電壓220V額定功率最大容量1210W1L答案：（1）5.5A（2）40Ω（3）3.36×105J答案：5.28×10４J.

例10、家用電熨斗為滿足不同布料的整燙需要，通常設計成三檔不同的溫度檔．如圖是它的工作原理圖，其中Ｒ１、Ｒ２為電熱絲，且Ｒ１＝Ｒ２＝110Ω，圖乙是電熨斗旋轉開關在不同溫度檔時的連接情況．求電熨斗處于“高溫檔”時，工作1分鐘所產生的熱量．

例11、電飯鍋工作時有兩種狀態(tài)：一種是鍋內的水燒干以前的加熱狀態(tài)，另一種是水燒干以后的保溫狀態(tài)。如圖是電飯鍋的電路圖，Ｒ１是一個電阻，Ｒ２為加熱用的電熱絲。（1）自動開關S接通和斷開時，電飯鍋分別處于哪種狀態(tài)？說明理由。（2）要使在保溫狀態(tài)下的功率是加熱狀態(tài)的一半，Ｒ１：Ｒ２應該是多少？答案：（1）S閉合為加熱、斷開為保溫。（2）Ｒ１=Ｒ２

例12、在如圖所示的電路的方框內有一種發(fā)熱裝置，它是由三段阻值相同的電熱絲組成，這個發(fā)熱裝置的電路與方框外的電路相連接.當開關S擲到A點時為高溫，擲到B點時為低溫(電源電壓不變)，且在相同時間內，高溫時產生的熱量是低溫時產生的熱量的2倍，試在方框內畫出它的電路圖.所以Q導線

<<Q電爐絲

根據(jù)Q=I2Rt

，I,t相同，因為R導線<<

R電爐絲

電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而與電爐絲相連的導線卻不怎么熱，為什么？隨堂小議家庭電路中使用功率過大的用電器可能引起火災由于電氣引發(fā)的火災現(xiàn)場安全用電（視頻）組卷網(wǎng)通電的電阻絲能引燃火柴發(fā)光的燈泡能點燃硝化棉［演示實驗］研究電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系取一個玩具小電機，其內阻R=1.0Ω，把它接在如圖所示的電路中。（1）先夾住電動機軸，閉合電鍵，電機不轉。調整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為0.50V，記下電流表的示數(shù)，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。（2）再松開夾子，使小電機轉動，調整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為2.0V（此電壓為小電機的額定電壓），記下電流表的示數(shù)，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。［實驗結果］（