高中物理人教選修31精品課件第2章第5節(jié)焦耳定律

1、為什么電視機、電扇通電時間長了會發(fā)熱？,1電流通過一段電路時，自由電荷在電場力的作用下發(fā)生 ， 對自由電荷做功設一段電路兩端的電壓為U，通過的電流為I.在時間t內(nèi)通過這段電路任一橫截面的電荷量為 (下圖)，這相當于在時間t內(nèi)將電荷q由這段電路的一端移動到另一端從上一章講的可知，電場力所做的功W ，而qIt，所以W .,定向移動,電場力,qIt,qU,UIt,2不同的用電器，在相同時間里消耗的電能往往不同，這是由它們的 不同產(chǎn)生的電流所 跟完成 所用的 的比值，叫做電功率，通常用 表示,功率,做的功,這些功,時間,P,3電流通過 電路做功時，電能全部轉化為導體的 ，用Q表示內(nèi)能電流通過導體時產(chǎn)生

2、的熱量(內(nèi)能)跟電流的 ，跟導體的電阻成 ，跟通電時間成 ，這一規(guī)律叫做焦耳定律，公式表示為： .在純電阻電路中還可以寫成：Q t.焦耳定律是電流 的實驗規(guī)律，凡計算電熱都要用該規(guī)律,純電阻,內(nèi)能,平方成正比,正比,正比,QI2Rt,熱效應,(1)定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通電時間t三者的乘積 (2)公式：WqUUIt (3)單位：國際單位為焦耳，符號為J.常用單位為千瓦時(kWh)亦稱為“度”，1度3.6106焦耳,(4)對電功的理解： 從力的角度，電流做功的實質是電場力對電荷做功 從能的角度，電流作功是電能轉化為其他形式能的過程，電功的大小量度

3、著電能的轉化，它標志著電能轉化為其他形式的能,電流做功就是電源做功嗎？ 答案：電流做功是導體中的電場對自由電荷的靜電力移動電荷做功，把電能轉化為其他形式的能電源做功是指非靜電力把自由電荷由電源負極移至正極做功，把其他形式的能轉化為電能.,(1)概念：電流所做的功跟完成這些功所用時間的比值叫做電功率 (2)表達式：P IU. (3)單位：瓦特，符號W. (4)物理意義：表示電流做功的快慢,(5)額定功率： 概念用電器在額定電壓下工作的電功率 說明用電器上標注的功率是它們的額定功率，是用電器在額定電壓下(或通過額定電流時)長時間正常工作的最大功率用電器在實際工作時的電功率為實際功率，實際功率可能大

4、于、小于或等于額定功率，為保護用電器，實際功率應小于或等于額定功率,特別提醒： (1)用電器正常工作是指在額定電壓下工作，用電器在不同電壓下工作一般可認為其電阻值不變 (2)對于非線性元件，某一狀態(tài)下的功率應為此時電壓和電流的乘積，不同狀態(tài)時電阻不同,電流通過電路時，因發(fā)熱而消耗的功率叫熱功率熱功率亦即電能轉化為內(nèi)能的功率即,由公式PIU和 還可以推導出一個功率表達式 當電阻為R的電動機兩端電壓為U時，某同學用這個公式計算了它所消耗的電功率根據(jù)這個功率表達式的推導過程，你能說明這位同學錯在哪里嗎？ 答案：由PUI和IU/R推導出的 是有條件的，即必須是純電阻電路，對非純電阻電路(電動機)IU/

5、R.,(1)內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導體的電阻和通電時間成正比 (2)公式：QI2Rt. 特別提醒： QI2Rt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).,(1)功是能量轉化的量度，同樣，電功是電能轉化為其他形式的能的量度電熱是電能轉化為內(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WIUt，電熱的定義式是QI2Rt. (2)從能量轉化的角度分析，電功與電熱的數(shù)量關系為：WQ，即IUtI2Rt.,特別提醒： 在純電阻電路中，如白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋，電烙鐵等構成的電路，電流做功全部轉化為內(nèi)能，電功等于電熱，即WQ或IUtI2Rt

6、，在計算電熱和電功時，可采用公式 中任一形式進行計算 在非純電阻電路中，如含有電動機、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等，電流做功將除轉化為內(nèi)能外，還轉化為機械能、化學能等，此時有WQ，或IUtI2Rt，此種情況下，電功只能用公式WIUt進行計算，電熱Q只能用公式QI2Rt計算,純電阻電路中，各串聯(lián)的部分消耗的功率，有何特點？各并聯(lián)的部分呢？無論串聯(lián)和并聯(lián)，總功率是否等于各部分功率之和？,答案：(1)串聯(lián)電路中，I相同，由PI2R 可知功率跟電阻成正比 (2)并聯(lián)電路中，U 相同，由P 可知功率跟電阻成反比 (3)串聯(lián)電路中，消耗總功率 PUI(U1U2Un)I U1IU2IUnIP1P2Pn 即

7、總功率等于串聯(lián)各電阻消耗功率之和,(4)并聯(lián)電路中消耗的總功率 PUIU(I1I2In) UI1UI2UInP1P2Pn 即總功率等于并聯(lián)各電阻消耗功率之和,誤區(qū)1：電功與電熱混淆對純電阻電路與非純電阻電路區(qū)別不清 點撥：純電阻電路：電流通過用電器是以發(fā)熱為目的，其電功等于電熱，WQ. 非純電阻電路：電流通過用電器是以轉化為內(nèi)能以外的其他形式能為目的，發(fā)熱不是目的，而有難以避免的內(nèi)能損失，其電功大于電熱，WQ. 不要認為有電動機的電路一定是非純電阻電路，當電動機不轉動時，該電路仍為純電阻電路，歐姆定律仍然適用,下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是() A電功率越大，電流做功越快，電路

8、中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多 BWUIt 適用于任何電路，而 只適用于純電阻的電路 C在不是純電阻的電路中，UII2R D焦耳熱QI2Rt適用于任何電路,解析：電功率公式 ，功率越大，表示電流做功越快對于一段電路，有PIU，I 焦耳熱 ，可見Q與P、U、t都有關， WUIt是電功的定義式，適用于任何電路，而 只適用于純電阻電路，B選項正確 在不是純電阻的電路中，電流做的功WQ(焦耳熱)E(其他形式的能)，所以WQ，即UII2R.C選項正確 QI2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D選項正確 答案：BCD 點評：正確區(qū)分電功和電熱是判斷的關鍵,(2009河北武強高二檢測)右圖中虛線框

9、內(nèi)是一個未知電路，測得它的兩端點a、b之間電阻是R，在a、b之間加上電壓U，測得流過電路的電流為I，則未知電路的電功率一定是() AI2R BU2/R CUI DUII2R 答案：C,解析：選項A、B的表達式只適用于純電阻電路，D項表達式表示在非純電阻電路中的輸出功率，虛線框中不知道是哪種元件，功率PUI總是適用的，C選項正確.,如下圖，一網(wǎng)絡式電路，每個電阻均為R100.問： (1)C、D間應聯(lián)入多大電阻才能使A、B間的總電阻與“格子”數(shù)目無關？ (2)若該電路接上380V恒定電源，則電源輸出功率為多少？,解析：設CD間接入電阻r，若“格子”CDFE的有效電阻(即EF間電阻)也是r，則表示向

10、左跨過一格后的有效電阻的阻值還是r，這樣依次類推，A、B間的總電阻為r與“格子”數(shù)無關，上圖(甲)電路可簡化為圖(乙),乙,答案：(1)73.2(2)834W 點評：本題看似一復雜電路，據(jù)總電阻與“格子數(shù)目無關”可畫出簡化后電路圖，圖b原來如此簡單本題的創(chuàng)新之處在于能“深入淺出”解決本題的關鍵在于能畫出簡化后的電路圖,額定電壓都是110V，額定功率PA100W，PB40W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電路是圖中的哪一個(),答案：C 解析：判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電流 對于A電路，由于RA110

11、V，B燈被燒毀，兩燈不能正常發(fā)光 對于B電路，由于RBRA，A燈又并聯(lián)變阻器，并聯(lián)電阻更小于RB，所以UBU并，B燈燒毀,對于C電路，B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UAUB110V，兩燈可以正常發(fā)光 比較C、D兩個電路，由于C電路中變阻器功率為(IAIB)110，而D電路中變阻器功率為(IAIB)110，所以C電路消耗電功率最小.,規(guī)格為“220V 36W”的排氣扇，線圈電阻為40，求： (1)接上220V電壓后，排氣扇轉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，不能轉動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率,解析：(1)排氣扇在220V電壓下正常工作電流 發(fā)熱功

12、率P熱I2R(0.16)240W1W 轉化為機械能的功率 P機PP熱(361)W35W. (2)扇葉被卡住不能轉動后，電機相當于純電阻，電能全部轉化為熱能，此時通過排氣扇電流 電機消耗的功率等于發(fā)熱功率 PP熱IU5.5220W1210W 由于發(fā)熱量很大，將很快燒壞電動機線圈,答案：(1)P熱1WP機35W (2)P機P熱1210W，電機將被燒壞 點評：電機被卡住不能轉動，電能不再轉化為機械能，完全轉化成內(nèi)能,如圖所示，燈L上標有200W，電動機上標有2000W，在A、B兩端加上220V的電壓時，燈和電動機均正常工作，求電燈正常工作時的電阻 答案：2,解析：已知電燈正常工作時的功率為額定功率2

13、00W，若能求出通過電燈的電流，即可求出電燈正常工作時的電阻 設A、B間總電流為I，A、B間總電壓U220V，A、B間消耗總功率P200W2000W 2200W.因為PUI，所以 由ILI， ， 所以R ,晚上用一盞燈照射蔬菜，設蔬菜的受光面積為5m2，到燈泡的平均距離為2m，發(fā)現(xiàn)一晚(12小時)上放出6.48升氧氣，而綠色植物在光合作用中每吸收1kJ的太陽能可以放出0.05L氧氣，設燈泡將電能轉化為光能的效率為75%，其他損失不計，這盞燈泡的功率為_W. 解析：首先根據(jù)一晚上放出氧氣的體積，計算出所需的光能，這些光能只是燈泡發(fā)出的總光能的一部分，即蔬菜5m2面積上獲得的光能，根據(jù)能量與接收到

14、光能的面積的比例關系可計算出結果,蔬菜放出6.48L氧氣需要光能量： 設這盞燈的電功率為P，則一晚上轉化得到的總光能為： E總P123600， 由比例關系： 即： P40W 答案：40,點評：此題關鍵是認識到燈泡發(fā)光是四周空間的，在以光源為球心，半徑為2m的球面上光照強度相等蔬菜受光面應看做是這個球面上的一塊面積,某商場安裝了一臺傾角為30的自動扶梯，該扶梯在電壓為380V的電動機帶動下以0.4m/s的恒定速度向斜上方移動，電動機的最大輸出功率為4.9kW，不載人時測得電動機中的電流為5A，若載人時扶梯的移動速度和不載人時的移動速度相同，則這臺自動扶梯可同時承載的最多人數(shù)是多少？(設人的平均質

15、量為60kg，g10m/s2) 答案：25人,解析：由PUI可計算出扶梯在空載時消耗的功率為P0UI38051900(W)，載人最多時電動機的功率為PP0P人，其中P為額定功率，P人PP0490019003000(W)，這是電動機用以載人的最大功率由功率的計算公式PFvcos可得P人nmgvsin30，代入數(shù)據(jù)可得： nP人/mgvsin3025人.,用下邊提供的器材測量小電動機的輸出功率 器材：電壓表、電流表、滑動變阻器、電源、開關和導線等 (1)在圖中畫出你設計的電路圖已知電動機內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻相同，滑動變阻器限流作用不大(電動機、電源和開關已畫出),(2)若閉合電鍵后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，電

16、動機未轉動時電壓表的讀數(shù)為U1，電流表的讀數(shù)為I1；又調(diào)節(jié)滑動變阻器，電動機轉動后電壓表的讀數(shù)為U2，電流表的讀數(shù)為I2.則此時電動機的輸出功率為多少？ 解析：(1)根據(jù)條件，電動機內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻相同，應采用電流表外接法；滑動變阻器限流作用不大，應采用分壓式接法，故畫出電路如圖所示,(2)電動機未轉時可測出內(nèi)電阻 ，轉動后的輸出功率 點評：電動機在不轉時可看成純電阻，轉動時不能看成純電阻,如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個限溫開關，手動閉合，當此開關的溫度達到居里點(103)時會自動斷開S2是一個自動溫控開關，當溫度低于70時會自動閉合，溫度高于80時會自動斷開紅燈是加熱狀態(tài)時的指示燈，黃燈是保溫狀態(tài)時的指示燈，限流電阻R1R2500，加熱電阻絲R350，兩燈電阻不計,(1)根據(jù)電路分析，敘述電飯煲煮飯的全過程(包括加熱和保溫過程) (2)簡要回答，如果不閉合開關S1，電飯煲能將飯煮熟嗎？ (3)計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的功率之比 答案：(1)見解析(2)不能，因為只