高二物理人教版选修3-1课件 第2章恒定电流 第5节《焦耳定律》

欢迎进入物理课堂 第五节焦耳定律 学习目标 1 从电能向其他形式能的转化来理解电功及电功率 理解电功和能量转化的关系 2 掌握焦耳定律 明确电功和电热的区别 知道纯电阻和非纯电阻电路 重点难点 电功 电热和电功率 热功率的理解和计算 易错问题 在非纯电阻电路中 热功率用P U2 R求解 一 电功和电功率电功 即电流做功 实质上是导体中的对自由电荷的在做功 自由电荷在静电力的作用下沿静电力的方向做定向移动 结果电荷的减少 而其他形式的能 恒定电场 静电力 电势能 增加 公式 W 其国际单位是 J 电功率是指做的功 P 其国际单位是 W IUt 焦耳 单位时间内电流 IU 瓦特 公式Q I2Rt可以应用于非纯电阻电路吗 为什么 思考 提示 可以 因为Q I2Rt适用于任何电路 思考 二 焦耳定律1 定义电流I通过一段电阻为R的电路在时间t内产生的热Q 这就是焦耳定律 2 热功率称为热功率 P I2Rt 单位时间内的发热量 I2R 3 纯电阻电路与非纯电阻电路的区别在纯电阻电路里 电功电热 电功率 热功率 在非纯电阻电路里 电功电热 电功率热功率 等于 等于 大于 大于 一 电流做功的实质在有电流通过的电路中 电场力所做的功常常说成是电流做的功 简称电功 在导体两端加上电压时 导体内就建立了电场 电场力在推动自由电子定向移动中要做功 由于功是能量转化的量度 所以 电场力做了多少功 实质上是电荷减少了多少电势能 减少了的电势能 即电能 转化成其他形式的能 二 电功 电热和电能的关系1 电流做功的过程 就是把电能转化为其他形式能的过程 但有些电路元件 只将电能转化为内能 有些电路元件 电流做功将电能一部分转化为内能 还有一部分转化为其他形式的能 如机械能或化学能等 2 纯电阻电路和非纯电阻电路 3 电功率和热功率 1 对纯电阻元件 电功率和热功率相等 故电阻上的功率可用P UI计算 也可以用P I2R计算 还可以根据欧姆定律推出 2 对非纯电阻电路 电功率大于热功率 电阻上的电功率只能用P IU计算 而热功率只能用P I2R计算 1 注意根据不同的电路选择不同的公式计算 即要注意公式的适用范围 2 对于纯电阻电路 电功和电热相等 对于非纯电阻电路 电功要大于电热 三 有关电动机的三个功率1 电动机的特性电动机是一种非纯电阻用电器 它把电能转化为机械能和热能 在电路计算中 欧姆定律不再适用 图2 5 1 2 输入功率 电动机的总功率 由电动机电路的电流和电压决定 计算 P总 UI 3 输出功率 电动机做有用功的功率 如图2 5 1所示 P出 mg v 设重物匀速上升 4 热功率 电动机线圈上有电阻 电流通过线圈时要发热 热功率P热 I2r 5 功率关系 P总 P出 P热 6 电动机的效率 解决电动机问题注意分两种情况 1 当电动机正常工作时 要分别搞清电动机的总功率 输出功率和热功率 2 当电动机因故障或其他原因不转动时 相当于一个纯电阻电路 下列关于电功 电功率和焦耳定律的说法中正确的是 例1 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B W UIt适用于任何电路 而W I2Rt t只适用于纯电阻的电路C 在不是纯电阻的电路中 UI I2RD 焦耳热Q I2Rt适用于任何电路 在不是纯电阻的电路中 电流做的功 焦耳热 其他形式的能 所以W Q 即UI I2R C正确 Q I2Rt是焦耳热的定义式 适用于任何电路中产生的焦耳热 D正确 答案 BCD 思维总结 1 W UIt计算电功即消耗的电能 对所有电器都适用 Q I2Rt计算电热 即转化成的内能 对所有电器都适用 2 对纯电阻电路 消耗的电能全部转化为电热 即Q W 可用任一个公式计算 1 关于公式 P IU P I2R P 下列叙述正确的是 A 公式 适用于求任何电路的电功率B 公式 适用于求任何电路的电功率C 公式 均适用于求任何电路的电功率D 以上说法均不正确 解析 选A 对纯电阻电路 电流做的功全部转化为内能 此时公式 全部可以用来计算电功率 也就是热功率 但对于非纯电阻电路 公式 仍可用来计算电功率 但公式 计算得只是热功率 小于电功率 在电源电压不变的前提下 增加电炉的电热丝在相等的时间内的发热量 可采取的措施是 A 增大电热丝的电阻B 减小电热丝的电阻C 在电热丝上并联电阻D 在电热丝上串联电阻 例2 答案 B 思维总结 焦耳定律所阐述的导体上放出的热量和某一个量的比例关系是在其他一些量不变的条件下才成立的 如在电流和通电时间都不变的条件下放出的热量和电阻成正比 所以在应用焦耳定律时 要注意公式中各物理量哪些是不变的 哪些是变化的 2 一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同 都为R 设通过它们的电流相同 电动机正常运转 则在相同的时间内 A 电炉和电动机产生的电热相等B 电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率C 电炉两端电压小于电动机两端电压D 电炉和电动机两端电压相等 解析 选ABC 已知R I相同 则由公式Q I2Rt可知 电炉和电动机产生的电热相等 A正确 电动机正常运转时 除去热功率外 一部分电功率转化为机械功率 因此对本题来说 B C正确 D错误 在研究微型电动机的性能时 可采用如图2 5 2所示的实验电路 当调节滑动变阻器R 使电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为0 5A和1 0V 重新调节R 使电动机恢复正常运转时 电流表和电压表的示数分别为2 0A和15 0V 求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻 例3 图2 5 2 思路点拨 解答本题应把握以下两点 1 电动机不转时相当于纯电阻 由欧姆定律求线圈电阻 2 根据能量守恒求电动机正常运转时的输出功率 答案 22 0W2 思维总结 对于纯电阻电路和非纯电阻电路的区别 有效的办法 是从能量转化的角度区分而不能简单地认为只要是电动机的电路就是非纯电阻电路 当电动机不转动时 消耗的电能全部转化为内能 此时它就是一个纯电阻 当电动机转动时 消耗的电能转化为机械能和内能 此时电路才是非纯电阻电路 3 如图2 5 3所示 电路电压为60V 内阻不计 电阻R 2 电动机的内阻R0 1 6 电压表的示数为50V 电动机正常工作 求电动机的输出功率 图2 5 3 解析 P总 U1I 50 5W 250WP热 I2R0 52 1 6W 40WP机 P总 P热 250W 40W 210W 答案 210W 1 下列关于电功率的说法中 正确的是 A 用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B 用电器的实际功率取决于用电器的额定功率C 白炽灯正常工作时 实际功率等于额定功率D 电功率越小 则电流做功越少 解析 选C 用电器的额定功率是它正常工作时的功率 其值是由用电器本身的结构决定的 与实际电流和电压无关 故A错C对 而用电器实际功率是多大 是由加在它两端的电压和通过的电流决定的 故B错 电流做功的多少不仅与功率的大小有关 还与时间有关 故D错 2 2010年江苏常州高二检测 下列关于电功W和电热Q的说法正确的是 A 在任何电路中都有W UIt Q I2Rt 且W QB 在任何电路中都有W UIt Q I2Rt 但W不一定等于QC W UIt Q I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D W UIt在任何电路中都成立 Q I2Rt只在纯电阻电路中才成立 解析 选B W UIt Q I2Rt适用于一切电路 但在纯电阻电路中W Q 在非纯电阻电路中W Q B对 A C D错 3 一台直流电动机的电枢线圈的电阻是R 其额定电压是U 额定功率是P 那么它正常工作时的电流 A 等于P U 且大于U RB 等于P U 且小于U RC 等于P U 也等于U RD 不等于P U 但等于U R 解析 选B 直流电动机消耗电能转化为机械能 不属于纯电阻用电器 欧姆定律不能适用 因电动机线圈的直流电阻很小 故U R的值很大 故ACD均错 P UI是电功率的定义式普遍适用 故正确答案为B 4 不考虑温度对电阻的影响 对一个 220V 40W 的灯泡 下列说法正确的是 A 接在110V的电路上时 功率为20WB 接在110V的电路上时 功率为10WC 接在440V的电路上时 功率为160WD 接在220V的电路上时 功率为40W 5 微型吸尘器的直流电动机的内阻一定 当加在它两端的电压为0 3V时 电流为0 3A 此时电动机不转动 当加在它两端的电压为2 0V时 电流为0 8A 且它能够正常工作 试分析当电动机正常工作时消耗的电功率及输出的机械功率 答案 1 6W0 96W 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全