物理鲁科版选修3-1学案课堂互动-第3章第3节-焦耳定律全面版

课堂互动三点剖析一、电功和电热的区别与联系1.功是能量转化的量度，同样，电功是电能转化为其他形式的能的量度.电热是电能转化为内能的量度.可见电功与电热是两个不同的物理量.因此电功的定义式是WIUt，电热的定义式是QI2Rt.2.从能量转化的角度分析，电功与电热的数量关系为：WQ，即IUtI2Rt.在纯电阻电路中，如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路，电流做功全部转化为内能，电功等于电热，欧姆定律成立，即WQ或IUtI2Rt，在计算电热和电功时，可采用W=Q=IUt=t=Pt中任一形式进行计算.在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽、给蓄电池充电等，电流做功将除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有WQ，或IUtI2Rt，此种情况下，欧姆定律不成立，电功只能用公式WIUt进行计算，电热只能用公式QI2Rt计算.【例1】 一台电动机电阻为0.5 ，正常工作时通过的电流为20 A，在10 s内转化的机械能为4.2104 J.求：在这10 s内电流做了功？电动机产生的热量为多少？解析：电动机正常工作时是非纯电阻用电器，电功和电热的公式不能通用.由于不知道加在电动机两端的电压，所以我们不能根据WIUt求电功.但我们可以先计算电热，然后再根据能量守恒求电功.电热QI2Rt2.0103 J，现根据WQE机，故W2.0103 J4.2104 J4.4104 J.答案：4.4104 J2.0103 J温馨提示在非纯电阻电路中，电功WIUt中的电压UIR，原因是加在电动机两端的电压有两个贡献：使导体的电阻发热，使电动机转动起来.UIR只对纯电阻电路成立.二、电功率和热功率的区别与联系1.区别：电功率是指输入某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积.热功率是指在这段电路上因发热而损耗的功率，其大小决定于通过这段导体中电流的平方和导体电阻的乘积.2.联系：对于纯电阻电路，电功率等于热功率，计算时可用PIUI2R中任一形式进行计算.对非纯电阻电路，电路消耗的电功率等于热功率与机械功率等其他形式的功率之和，即电功率大于热功率.【例2】 有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路中，电机不转，测得流过电动机的电流为0.4 A，若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A，求电动机正常工作时的输出功率是多大?如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大?解析：当电动机接入电压为0.2 V电路时，电动机不转，此时电动机仅相当于纯电阻，设其电阻为R，由欧姆定律得：R=0.5 当电机接入2.0 V电路中时，电动机正常工作，此时电动机消耗功率PU2I22.01.0 W2.0 W电动机的电热功率P热I22R0.5 W电动机的输出功率P出P-P热2.0 W-0.5 W1.5 W如果正常工作时转子突然被卡住，则电动机相当于纯电阻R，其上电压即U2，所以电动机的发热功率P热=I2R= W8 W.此时电机将要被烧毁.答案：1.5 W8 W温馨提示对这个题我们要注意两点：是当电动机不转时就相当于一个纯电阻，欧姆定律成立.而它正常工作时就不再是纯电阻了，欧姆定律也不再成立.是电动机的输出功率等于它消耗的电功率减去它的发热功率.三、额定功率和实际功率【例3】 额定电压都是110 V，额定功率PA100 W，PB40 W的A、B两灯，接在220 V的电路中，使电灯均正常发光，能使电路消耗的电功率最小的电路是图3-3-1中的（）图3-3-1解析：两灯正常发光，两灯的实际电压等于其额定电压，由P=可知RARB，根据串联分压关系，A图中有UA110 V、UB110 V，两灯不能正常工作，所以A错.图中A和变阻器并联后的电阻比A电阻还要小，即仍有UA110 V、UB110 V，所以B错.C和D图中两灯电压均有可能为110 V，此时再看电路消耗的功率，C图中灯A消耗功率100 W，灯B和变阻器并联后的阻值与灯A相等，所以电路消耗的总功率为200 W，D图中A、B两灯并联后的阻值与变阻器相等.所以变阻器消耗的功率为140 W，电路消耗的总功率为280 W.答案：C温馨提示此类问题的思路分两步：先分清哪个电路的A、B灯能正常发光，这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值，其余两个也达到额定值方面分析.确定了正常发光的电路后，再比较哪一个的实际功率小.可以用计算的方法去比较，也可以用定性分析法比较.各个击破类题演练1一根电阻丝，通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J，若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是（）A.4 V，16 JB.8 V，16 JC.4 V，32 JD.8 V，32 J解析：设电阻丝电阻为R，开始所加电压U1，则W1q1U，即82U1，所以U14 V.设后来所加电压为U2，产生的热量为W2，则：I2=I1=由得U2=U1=8 VW2q2U232 J.答案：D变式提升1有一个电解槽，额定电压为220 V，额定电流为2.0 A，电阻为5.0 ，当电解槽正常工作时，发热消耗的功率P热为_，在1 min内有_J的电能转化为化学能.解析：电解槽是个非纯电阻用电器，它消耗的电能一部分转化为化学能，另一部分转化为内能.由P热I2R可知，它的发热功率P热20 W.它转化成的化学能就等于它消耗的电能减去它转化成的内能.即E化UIt-I2Rt，代入数据可解得：E化2.52104 J.答案：20 W2.52104类题演练2一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内（）A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉的功率解析：电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻.对于电炉有：UIR，放热QI2Rt.消耗功率PI2R，对于电动机有UIR，放热QI2Rt，消耗功率PUII2R.答案：ABD变式提升2如图3-3-2所示的电路中，电源电压为60 V，内阻不计，电阻R2，电动机的内阻R01.6，电压表的示数为50 V，电动机正常工作，求电动机的输出功率.图3-3-2解析：电压表的示数为电动机两端的电压，电源电压已知，可得URU源-U电（60-50） V10 V由欧姆定律：I=5 A，对电动机，由能量关系有P电P热-P出所以P出P电-P热UI-I2R.代入数据得：P出210 W.答案：210 W类题演练3额定电压为220 V，额定功率为40 W的灯泡，它的灯丝电阻为多少?如果把这只灯泡接在电压为110 V的电路上，灯泡的实际功率为多少?（假设灯丝电阻不变）?解析：由于P=，所以灯泡的电阻R=1 210 当灯泡所加电压为110 V时，不是在额定电压下工作，所以，这时灯泡的实际功率不是40 W，而应按实际所加的电压进行计算，有P实= W=10 W.答案：1 210 10 W变式提升3将两个灯泡A（220 V100 W）、B（220 V25 W）串联后接在电路PQ段，如图3-3-3所示，为使两灯泡都安全使用，在PQ段所加电压的最大值是多少？PQ段电路允许消耗的最大功率是多少？图3-3-3解析：由P=可得：RA=484 ，RB=1 936由PUI知：Ia= AIB= A则Um=(RA+RB)IB=(484+1 936) A=275 VPm=IB2(RA+RB)31.25 W.答案：275 V31.25 W选择朋友要经过周密考察，要经过命运的考验，不论是对其意志力还是理解力都应事先检验，看其是否值得信赖。此乃人生成败之关键，但世人对此很少费心。虽然多管闲事也能带来友谊，但大多数友谊则纯靠机遇。人们根据你的朋友判断你的为人：智者永远不与愚者为伍。乐与某人为伍，并不表示他是知已。有时我们对一个人的才华没有信心，但仍能高度评价他的幽默感。有的友谊不够纯洁，但能带来快乐；有些友谊真挚，其内涵丰富，并能孕育成功。一位朋友的见识比多人的祝福可贵得多。所以朋友要精心挑选，而不是随意结交。聪明的朋友则会驱散忧愁，而愚蠢的朋友会聚集忧患。此外，若想让友谊地久天长。这需要技巧和判断力。有的朋友需近处，有的则需远交。不善言谈的朋友可能擅长写信。距离能净化近在身边无法容忍的缺陷。交友不宜只图快乐，也要讲求实用。一位朋友等于一切。世间任一美好事物的三大特点，友谊兼而有之：真、善、专一。良友难遇，如不挑选则更难求。保住老朋友，比结交新朋友更重要。交友当寻可长久之友，如得其人，今日之新交，他年自成老友。最好的朋友是那些历久常新，能与之共享生活体验者。没有朋友的人生是一片荒原。友谊使欢乐加倍，痛苦减半；它是应对厄运的不二良方，是可以滋润心田的美酒。