高中物理 第二章 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化學(xué)案 教科版選修3-1

1、焦耳定律電路能量轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)目標(biāo)市場定位 1?？梢灾篮屠斫怆娏?、電力的概念，并使用公式進(jìn)行計(jì)算。2 .掌握焦耳定律，掌握電力與傳記、電力、熱電的差異和聯(lián)系。3。了解純電阻電路、非純電阻電路等特性和差異，以能源轉(zhuǎn)換和保存的觀點(diǎn)，解決包括簡單馬達(dá)的非純電阻一、電力和電力1.電源：(1)定義：電場力移動(dòng)電荷的操作，又稱功率。(2)公式：W=UIT，這表明電場力在電路一段內(nèi)所做的工作等于牙齒電路兩端的電壓U和電路中的電流I與傳記時(shí)間T的乘積。(3)國際單位制單位是行，符號(hào)是j。2.電源：(1)電流所做的工作和做這種工作所用的時(shí)間的比例稱為功率，這在數(shù)值上等于電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的工作。(2)公式：P=U

2、I，電路段的功率P表明等于牙齒電路兩端的電壓U和電路中電流I的乘積。(3)國際單位制單位為瓦，符號(hào)為w，1w=1j/s。第二，焦耳定律熱動(dòng)力1.焦耳定律：(1)內(nèi)容：電流通過電阻產(chǎn)生的熱量與電流的二次平方成正比，與電阻值成正比，與電時(shí)間成正比。(2)公式：q=i2rt。(3)焦耳熱：電流在電阻上產(chǎn)生的熱稱為焦耳熱。2.熱功率：(1)打開電阻電源時(shí)產(chǎn)生的熱量與產(chǎn)生這些熱量所需的時(shí)間之比稱為熱電。(2)公式：欄p=i2r。三、電路能源轉(zhuǎn)換1.在純電阻組件中，電流產(chǎn)生電阻熱，電力全部轉(zhuǎn)換為內(nèi)部能量，電力等于熱動(dòng)力，即P傳記=P熱。2.在電機(jī)、電解槽等家電中，電力必須分別轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、化學(xué)能等，部分必

3、須轉(zhuǎn)換為電阻內(nèi)部能源。此時(shí)，P傳記=P列P其他。3.式IE=IU I2r的物理意義是，電源供應(yīng)設(shè)備將其他形式的能源轉(zhuǎn)換為電力的電力IE，等于電源輸出功率IU和電源供應(yīng)設(shè)備中電路熱功率I2r的總和。一、電力和電力問題設(shè)計(jì)日常生活中經(jīng)常使用家庭家用電器(如吹風(fēng)機(jī)、電熨斗等)，共分為幾個(gè)齒輪。就像吹風(fēng)機(jī)可以吹暖風(fēng)和熱風(fēng)一樣。它們都是通過電流把電變成熱的。1.電流工作的本質(zhì)是什么？答案是，由于電流是在電場力下由定向運(yùn)動(dòng)形成的，所以電流的工作本質(zhì)上是導(dǎo)體中一定的電場作用于自由電荷的電場力。2.電路兩端相加的電壓通過U，電路電流推斷出I，T時(shí)間內(nèi)電流作用的表達(dá)式和功率的表達(dá)式。答案T時(shí)間內(nèi)電路總電荷Q=I

4、T，電場力移動(dòng)電荷操作W=QU，所以T時(shí)間內(nèi)的電流操作W=UIT。和P=，可用：P=UI。點(diǎn)精制1.電流做了多少事，有多少電轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，即電力等于電路中電的減少量。2.電的本質(zhì)：電流通過一段電路所做的事情實(shí)質(zhì)上是電場力在牙齒電路中所做的事情。電源p=iu，表示電流運(yùn)行緩慢。第二，焦耳定律和熱動(dòng)力問題設(shè)計(jì)1.一所同學(xué)房子里有一個(gè)電爐，有一個(gè)電阻50，計(jì)算一下牙齒電爐在220 V電源上消耗100秒的電力和產(chǎn)生的熱量。答案I=W=uit=ut=t=96 800jQ=w=96 800j。2.一個(gè)同學(xué)家有一個(gè)風(fēng)扇，加上電阻80，220 V電壓，電流為0.25 A，計(jì)算一下牙齒風(fēng)扇運(yùn)行100秒的

5、功率和產(chǎn)生的熱量。答案w=uit=5 500jQ=i2rt=500j3.通過以上計(jì)算，比較消耗的電與產(chǎn)生的熱量的關(guān)系。答案是電爐消耗的電和產(chǎn)生的熱相同。風(fēng)扇消耗的電力與產(chǎn)生的熱量不同。點(diǎn)精制1.純電阻電路：如果電流通過純電阻電路()工作，則電力全部轉(zhuǎn)換為導(dǎo)體內(nèi)部能源。w=q=uit=i2rt=t；P=p列=ui=i2r=。2.非純電阻電路：帶有馬達(dá)或電解槽的電路名為非純電阻電路。w=uit=q e其他q=i2rtP=ui=p列p其他p列=I2R。三、關(guān)閉的電路電源問題設(shè)計(jì)根據(jù)封閉電路的歐姆定律，推導(dǎo)了封閉電路中能量的切換關(guān)系，并解釋了各項(xiàng)目的物理意義。答案是E=U內(nèi)部U外部可用的EI=U內(nèi)部I

6、 U外部I，格式中EI表示由電源提供的電源，U外部I表示由外部電路消耗的電源。u內(nèi)部I表示內(nèi)部電路上消耗的功率。點(diǎn)精制1.閉合電路中的能源轉(zhuǎn)換關(guān)系：EI=U內(nèi)I U外I，純電阻電路牙齒表達(dá)式可以寫成EI=I2R I2R。電動(dòng)勢(shì)反映了功率將不同形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的能力。2.電源供應(yīng)器效率=100%=100%。一、電力、電力、焦耳熱、熱能例1以下關(guān)于傳記、電力、焦耳定律的陳述中正確的是()A.功率越大，電流運(yùn)行得越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱就越多B.w=uit表示所有電路；w=i2rt=t表示純電阻電路C.鄭智薰純電阻電路，UII2RD.行列q=i2rt支持所有電路分析功率公式P=表示功率越大，電流

7、運(yùn)行得越快。對(duì)于電路段，存在以下欄：P=IU、I=、焦耳Q=PT?？梢钥吹絨也與T相關(guān)。因此，P越大，Q就不一定越大。a無效。W=uit是所有電路、I=純電阻電路、b對(duì)中功率的定義。在純電阻電路中，電流所做的事情=焦耳熱其他形式的能量，所以WQ，即UII2R，C對(duì)。Q=i2rt是行列的定義表達(dá)式，適用于所有電路，d對(duì)。答復(fù)BCD二、純電阻電路功率分配和計(jì)算例2額定電壓為110 V，額定功率為PA=100W，PB=40W的兩個(gè)燈泡，連接到電壓為220 V的電路上，這兩個(gè)燈炮都正常發(fā)光，并且成為功耗最低的電路()。分析燈泡是否能正常發(fā)光的方法包括電壓是否為額定電壓、電流是否為額定電流、燈泡的P=U

8、I=、RA RB。在a電路的情況下，ra ua，b等被燒掉，或者a等不能正常發(fā)光。B對(duì)于電路，RB RA、A等是并行滑動(dòng)電阻器、并行電阻、RB等，因此UB U、B等不燃燒，或者A等不能正常發(fā)光。對(duì)于c電路，B等和滑動(dòng)電阻器并行電阻可能與RA相同，因此UA=UB=110V，兩個(gè)等牙齒可以正常發(fā)光。d電路，滑動(dòng)電阻器的有效電阻A，B的并行電阻，UA=UB=110V，兩盞燈可以正常發(fā)光。c，D比較兩個(gè)電路。C電路中，滑動(dòng)電阻器的功率為(IA-IB) 110V，D電路中滑動(dòng)電阻器的功率為(IA IB) 110V，因此C電路的耗電量最低。答案c三、鄭智薰純電阻電路特征及計(jì)算示例3在圖1所示的電路中，電源

9、電動(dòng)勢(shì)E=10V，內(nèi)部電阻R=0.5，電動(dòng)機(jī)的電阻R0=1.0，電阻R1=1.5。電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)電壓表的指示數(shù)U1=3.0V圖1(1)電源供應(yīng)設(shè)備發(fā)出的功率；(2)電動(dòng)機(jī)消耗的電力和電力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能電力的電力(3)電源供應(yīng)設(shè)備的輸出功率和效率。分析(1)馬達(dá)正常工作時(shí)，總電流為I=a=2a，電源發(fā)射功率為p發(fā)射=ei=102w=20w。(2)馬達(dá)兩端的電壓為u=e-IR-u1=(10-20.5-3.0) v=6 v馬達(dá)消耗的電力如下：p傳記=ui=62w=12w馬達(dá)的熱能功率為：欄p=i2r 0=221 w=4w根據(jù)能量守恒定律，馬達(dá)將傳記能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的功率p機(jī)器=p傳記-p欄=12w-

10、4w=8w(3)電源供應(yīng)設(shè)備的輸出功率為p輸出=p發(fā)射-p內(nèi)部=p發(fā)射-i2r=(20-220.5) w=18w，=100%=100%=90%。答案(1)20瓦(2)12瓦8瓦(3)18瓦90%訓(xùn)練一臺(tái)馬達(dá)的內(nèi)部電阻為1的120 V的電源供應(yīng)裝置。馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流為10a。q:(1)馬達(dá)輸入功率是多少？(2)馬達(dá)加熱功率是多少？(3)出口的機(jī)械功率是多少？答案(1)1 200瓦(2)100瓦(3)1 100瓦分析(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率p傳記=ui=12010w=1 200w。(2)馬達(dá)的熱功率p欄=i2r=1021w=100w。(3)輸出機(jī)器電源p機(jī)器=p傳記-p欄=1 200w-100w=1

11、 100w。1.(功率p=ui，p=i2r，p=的差值)對(duì)于三個(gè)茄子公式p=ui，p=i2r，p=的復(fù)蓋范圍，準(zhǔn)確地()A.第一個(gè)公式通常應(yīng)用于求功率，最后兩個(gè)茄子公式通常應(yīng)用于求熱功率B.在純電阻電路中，三個(gè)茄子公式都適用于求冪和求熱力C.在純電阻電路中，第一個(gè)公式可以應(yīng)用于求冪，第二個(gè)公式可以用于求熱力，第三個(gè)公式?jīng)]有意義D.正如U=IR所表明的，這三個(gè)茄子公式?jīng)]有區(qū)別。他們表達(dá)同樣的意思。p是電和熱力。回答B(yǎng)C解決方法首先僅限于歐姆定律u=IR牙齒純電阻電路。因此，三個(gè)茄子公式在純電阻電路之間沒有差別，但在非純電阻電路中徐璐不同。其次，p=ui表示傳記功率，p=i2r表示熱功率。因此，在

12、純電阻電路中，ui=i2r是純電阻電路，UII2R，即消耗的電力只有一部分轉(zhuǎn)換為內(nèi)部能源。2.(純電阻電路)如圖2所示，直流電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R，電源內(nèi)部電阻為R。牙齒馬達(dá)正常工作時(shí)，電路末端電壓為U，通過馬達(dá)的電流為I()圖2A.馬達(dá)內(nèi)部的加熱功率為I2RB.馬達(dá)的機(jī)械功率為IUC.電源供應(yīng)器的電動(dòng)勢(shì)為I (r r)D.電源供應(yīng)設(shè)備的輸出功率為iu i2r答案a解析馬達(dá)正常工作時(shí)，純電阻電路，歐姆定律不適用，根據(jù)C故障焦耳定律，馬達(dá)的發(fā)熱量是I2R，A是正確的。根據(jù)電路特性，電動(dòng)機(jī)的輸入功率等于電源供應(yīng)設(shè)備的輸出功率，即P=UI，能量守恒定律，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為P=UI-I2R，B，D錯(cuò)誤。3

13、.(純電阻電路)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈電阻到電的電阻，全部通過相同的電流在同一時(shí)間()A.電爐發(fā)熱和電動(dòng)機(jī)發(fā)熱相同B.電爐的兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)的兩端電壓C.電爐的兩端電壓等于電動(dòng)機(jī)的兩端電壓D.馬達(dá)所消耗的電力比電爐所消耗的電力多答復(fù)ABD解析爐屬于純電阻元件，馬達(dá)屬于純電阻元件，電爐為u=IR，發(fā)熱q=i2rt，消耗功率p=i2r。馬達(dá)的U=IR，散熱q=i2rt，耗電量p=ui2r。4.(純電阻電路功率計(jì)算)有“220 V 1000 W”規(guī)格的電爐，正常運(yùn)行時(shí)電阻咨詢。如果電壓只有200 V，請(qǐng)求出實(shí)際消耗的電力。答案48.4 826.4w因?yàn)殡姞t是純電阻電路，所以p=，r=48.4 電壓為200

14、 V時(shí)實(shí)際消耗的電力p =w826.4 w問題組1對(duì)功率的理解和相關(guān)計(jì)算1.以下關(guān)于電力的陳述中，正確的是()A.傳記儀器的額定功率與傳記儀器的實(shí)際電壓和實(shí)際電流有關(guān)B.傳記產(chǎn)品的實(shí)際功率取決于傳記產(chǎn)品的額定功率C.白熾燈正常工作時(shí)，實(shí)際功率等于額定功率D.功率越小，電流工作越少。答案c用于分析的傳記儀器的額定功率是正常運(yùn)行時(shí)的功率，其值由傳記本身的結(jié)構(gòu)確定，與實(shí)際電流和實(shí)際電壓無關(guān)，因此A、C對(duì)不對(duì)。使用家用電器實(shí)際功率的大小由兩端附加的電壓和通過它的電流決定。b錯(cuò)了。電流工作的量不僅與電力的大小有關(guān)，還與傳記時(shí)間，D有關(guān)。2.白熾燈泡的額定功率和額定電壓分別為36瓦和36v。如果將牙齒燈泡

15、連接到輸出電壓為18 V的電源供應(yīng)設(shè)備的兩端，則燈泡消耗的功率()A.等于36 Wb。小于36瓦，大于9瓦C.等于9 W d。小于9w答案b白熾燈正常工作的電阻R為P=變形R=36，當(dāng)接近18 V電壓時(shí)，假設(shè)燈泡的電阻也為36，則消耗P=W=9 W，但如果燈泡的兩端達(dá)到18 V電壓，則散熱力小，燈絲的溫度更正常3.圖1所示的電路中，L1、L2是徐璐其他兩個(gè)小燈泡，在A、B之間有固定電壓，并且全部正常發(fā)光?；瑒?dòng)電阻器的滑動(dòng)向右滑動(dòng)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象是()。圖1A.L1的亮度保持不變，L2變暗B.L1牙齒變暗，L2變亮C.電路消耗的總功率變小D.通過滑動(dòng)電阻器流動(dòng)的電流變小。答復(fù)BCD分析滑動(dòng)電阻器的滑

16、動(dòng)向右滑動(dòng)時(shí)，電阻值增大，并行部分的電阻大小增大，分電壓增大，L2兩端的電壓增大，變亮。L1分電壓變小，L1牙齒變暗，A錯(cuò)，B對(duì)?；瑒?dòng)電阻器電阻增大，總電阻大小增大，因此P=可見。4.3個(gè)電阻R1、R2和R3電路連接，如圖2所示，在電路a、b側(cè)加上固定電壓后，電阻R1牙齒消耗的功率最多的情況下，三個(gè)電阻電阻大小關(guān)系為()圖2A.r1r2r3b.r2r1r3C.r3r2r1d.r1r3r2答案b分析電阻R1、R2并行，電阻兩端的電壓相同。電阻R1牙齒消耗的功率最高，因此可以確定功率公式P=，R2R1。串行，并行電路特性表明，通過電阻R1的電流小于通過電阻R3的電流?？梢愿鶕?jù)功率公式P=I2R確定R1R3。問題組兩行法則的理解和應(yīng)用5.如果通過電阻r的電流為I，則在t小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生的熱量為q，如果電阻為2R，電流強(qiáng)度為，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A.4q b.2q c.d .答案d解決方案q=i2Rt表明，電阻為2r，電流強(qiáng)度為時(shí)，時(shí)間t內(nèi)出現(xiàn)的列q=() 22rt=i2rt=，d是正確的。6.兩個(gè)電阻等電