2018版高中物理 第3章 恒定电流 第3节 焦耳定律学案 鲁科版选修3-1

第3节焦耳定律学 习 目 标知 识 脉 络1理解电功、电功率的概念、计算公式(重点)2掌握焦耳定律并会用公式QI2Rt计算电热(重点)3能识别纯电阻电路与非纯电阻电路，掌握电功率和热功率的区别和联系(重点，难点) 电 能电功和电功率电功电功率概念电场力对定向移动的自由电荷所做的功单位时间内电流所做的功公式WqUUItPUI单位焦耳，符号J瓦特，简称瓦，符号W物理意义描述电能转化为其他形式的能的多少描述电流做功的快慢1电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能()2电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用电器的电功率越大()3电功率越大，电流做功一定越快()家庭用电用“度”做单位，度是电功的单位，还是电功率的单位？【提示】度是电功的单位.1度1 kWh3.6106 J.把一根大头针插在一小块硬纸片上，用浆糊把纸贴在台灯的灯泡上，使大头针的针尖朝上然后用3张纸条做一小风车，把风车放在针尖上打开台灯，过一会发现，风车转动起来：图331探讨1：这一过程，电流做功吗？【提示】做功探讨2：风车为什么转动？【提示】电流通过灯丝做功，把电能转化为内能周边空气温度升高，形成对流，风车转动起来1对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少(3)电功WUItqU对任何电路都适用2对电功率的理解(1)电功率PUI对任何电路都适用(2)额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作所消耗的功率；实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率1一个电阻接入某电路后，消耗的功率为110 W，通过3 C 的电荷量时，有330 J的电能转化为内能，则下列说法错误的是()A电阻两端所加电压为330 VB通过电阻的电流为1 AC电阻通电时间为3 sD这个电阻的阻值为110 【解析】由WqU知，电阻两端所加电压U110 V，A错；由PIU得I1 A，B对；由WPt得通电时间t3 s或t s3 s，C对；由R，得R110 ，D对【答案】A2一台国产XQB3013型自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：额定电压220 V额定频率50 Hz额定洗衣、脱水功率360 W额定洗衣、脱水容量3 kg整机质量33 kg外形尺寸(长宽高)(542550920) mm3(1)这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时，通过洗衣机的电流是多大？(2)如洗衣、脱水的累计时间为40 min，则洗衣机耗电多少？【解析】(1)由说明书可知P360 W，又由PUI可知I A1.64 A.(2)WPt3604060 J8.64105 J故消耗的电能为8.64105 J.【答案】(1)1.64 A(2)8.64105 J几个电学公式的适用范围解答电流做功类的题目需掌握以下几个重要公式，并理清它们的意义及适用条件(1)电功WUItqU普遍适用；(2)I为电流的定义式，普遍适用；(3)I只适用于纯电阻电路焦 耳 定 律身 边 的 电 热1焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比(2)公式：QI2Rt.(3)热功率：电流通过用电器，单位时间内的发热量，公式为PI2R.2身边的电热各种电器在使用中都会放出大量的电热，这就是电流的热效应有的是利用这些电热，如电熨斗、电饭锅、电烘箱、电热水器等；有的电器并不是利用它的电热，这种电器要是散热不及时会造成危害，如电动机、电视机、变压器等1根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的()2WUIt适用于任何电路求电功()3QI2Rt适用于任何电路求热量()用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？【提示】导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的部分导线电阻要大得多，由焦耳定律QI2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多如图332所示，地面上有一个电风扇，图332探讨1：电风扇正常工作时，电流做功电能转化为什么能？此时是什么电路？【提示】转化为扇叶的动能和电风扇的内能，非纯电阻电路探讨2：若电风扇出现故障，扇叶卡住，电流做功转化为什么能？此时是什么电路？两种情况下的电流相同吗？【提示】转化为电风扇的内能，纯电阻电路，不相同1两种电路的比较电路纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括其他的电器元件电流、电压、电阻三者的关系遵循欧姆定律I不遵循欧姆定律，由WUItI2RtW其他知UIR或I能量转化形式电流做功全部转化为内能电流做功转化为内能和其他形式的能量能量转化示意图电器元件举例电炉丝、白炽灯电动机、电解槽、电风扇2.电功与电热(1)纯电阻电路：WQUItI2Rtt；P电P热UII2R.(2)非纯电阻电路：电功WUIt，电热QI2Rt，WQ；电功率PUI，热功率P热I2R，PP热3(多选)关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是()A电功率越大电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt适用于任何电路，而电功计算式WI2Rtt适用于纯电阻电路C非纯电阻电路中，UII2RDQI2Rt适用于任何电路【解析】电功率越大，电流做功越快，但电路中产生的焦耳热不一定越多，故A不正确；WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I只适用于纯电阻电路，由此推导出的公式WI2Rtt只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以C正确；QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中焦耳热的计算，D正确【答案】BCD4规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率【解析】(1)排气扇在220 V电压下正常工作电流I A0.16 A，发热功率P热I2R0.16240 W1 W，转化为机械能的功率P机PP热(361) W35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时通过排气扇的电流I A5.5 A；电动机消耗的功率等于发热功率PP热IU5.5220 W1 210 W.由于发热量很大，将很快烧坏电动机线圈【答案】(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W电动机电路的分析方法：(1)电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转动时是纯电阻电路.(2)电动机的输入功率即总功率P入IU，电动机的发热功率P热I2r，电动机的输出功率P出P入P热.6