高二物理课件：2.5《焦耳定律》 （人教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 5 焦耳定律 一 电功和电功率1 电功 1 定义 电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U 电路中的电流I 通电时间t三者的乘积 2 公式 W qU UIt 3 单位 在国际单位制中功的单位是 符号为 常用的单位还有 千瓦时 kW h 也称 度 1kW h 3 6 106J 焦耳 J 4 实质 电流通过一段电路所做的功 实质是电场力在这段电路中所做的功 5 意义 电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程 电流做了多少功 表明就有多少电能转化为其他形式的能 即电功是电能转化为其他形式的能的量度 2 电功率 2 单位是 符号为 国际单位制 常用的还有千瓦 kW 1kW 1000W 瓦特 W 3 用电器的额定功率和实际功率 额定功率 用电器长期正常工作时的最大功率 也就是用电器加上额定电压 或通以额定电流 时消耗的电功率 实际功率 用电器的实际工作时消耗的电功率 二 焦耳定律1 电热 由于导体的电阻 使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分能量叫电热 2 内容 电流流过导体时产生的热量等于电流的平方 导体的电阻和通电时间的乘积 3 公式 Q I2Rt 1 在串 并联电路 纯电阻 中电功率的分配与电阻的关系 1 串联电路 2 并联电路 3 结论 无论是串联电路还是并联电路 电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和 如右图所示电路中 R1 R3 R2 R4 在ab两端接上电源后 设每个电阻所消耗的电功率分别为P1 P2 P3 P4 则它们的大小关系是 A P1 P3 P2 P4B P2 P1 P3 P4C P2 P1 P4 P3D P1 P2 P3 P4解析 根据并联电阻的特点 R3 R4两电阻的并联值R34要小于R3 所以根据串联电路中功率分配关系可知 P2 P1 P34 再根据并联电路中功率分配关系可知P3 P4 故选项B正确 答案 B 2 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 解析 首先要明确 欧姆定律U IR只适用于纯电阻电路 因此三个公式在纯电阻电路中没有区别 但在非纯电阻电路中它们互不相同 其次 P UI表示电功率 而P I2R表示热功率 因此 在纯电阻电路中 UI I2R 消耗的电能全部转化为热能 而在非纯电阻电路中 UI I2R 即消耗的电能只有部分转化为热能 答案 BC 3 电功和电热的关系 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在任何电路中成立 Q I2Rt只在纯电阻电路中成立解析 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 答案 B 2 什么叫用电器的额定电压 额定功率和实际功率 额定功率与实际功率有何区别 提示 额定电压 表示用电器正常工作时的电压 额定功率 是用电器长期正常工作时的最大功率 也就是用电器加上额定电压时消耗的功率 例 220V 25W 的白炽灯 实际功率 用电器在工作中实际消耗的电功率 若用电器在额定电压下工作 则P实 P额 若用电器工作电压不等于额定电压 则P实 P额 额定功率和实际功率的区别 1 用电器上标着的功率 即用电器正常工作时的功率 额定功率的大小是由用电器本身的因素决定的 与外加因素无关 2 用电器实际工作时消耗的电功率 为了使用电器不被烧坏 要求其实际功率不能大于额定功率 3 用电器正常工作的分析方法 提示 1 用电器正常工作的条件U实 U额 I实 I额 P实 P额由于以上三个条件中的任何一个得到满足时 其余两个条件必然同时满足 因此它们是用电器正常工作的等效条件 灵活选用等效条件 往往能够简化解题过程 2 用电器接入电路时的约定 纯电阻用电器接入电路中 若无特别说明 应认为其电阻不变 用电器的实际功率超过额定功率时 认为它将被烧毁 不考虑其安全系数 没有注明额定值的用电器 如用于限流的变阻器 接入电路时 认为其工作的物理量均小于其额定值 能安全使用 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 答案 B 跟踪发散 1 1 如右图所示 已知UAB 6V 当滑动变阻器触头P位于正中位置时 额定电压为3V的灯泡正常发光 当触头滑至最左端时 电灯实际功率为2W 求此灯泡额定功率和变阻器的总电阻 答案 4 5W4 220V 66W 的电风扇 线圈的电阻为20 求接上220V电压后 电风扇消耗功率转化为机械能的功率和发热功率 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功率 思路点拨 解析 电风扇工作时 其电路不是纯电阻电路 它从电源获取的电功率一部分转化为线圈的发热功率 另一部分转化为扇叶转动时的机械功率 它们三者之间的关系为 P电 P热 P机 其中P电 UI P热 I2R 电风扇接在220V电压下正常工作 电流大小为I额 P额 U额 66 220 A 0 3A 发热功率为P热 I2R 0 32 20W 1 8W 转化为机械能的功率为P机 P电 P热 66W 1 8W 64 2W 电扇的扇叶被卡住不能转动 电机相当于纯电阻 电能全部转化为内能 通过电扇的电流为I U R 220 20 A 11A 电机消耗的功率P 等于发热功率P热 即P P热 I U 11 220W 2420W 这时电机将被烧坏 答案 64 2W1 8W2420W2420W 反思总结 1 电动机的等效处理电动机是一种非纯电阻性用电器 它把电能转化为机械能和热能 在电路计算中 常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成 如右图所示 电流通过rD时把电能转化为热能 而线圈D把电能转化为机械能 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 如右图所示 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 跟踪发散 2 1 在研究微型电动机的性能时 可采用如下图所示的实验电路 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 1 这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻 2 电动机正常工作状态时匀速提升一个2kg的物体 该物体竖直上升的速度多大 g 10m s2 答案 1 22 0W2 2 1 1m s 1 如下图所示是电阻R1和R2的伏安特性曲线 并且把第一象限分为 三个区域 现在把电阻R1和R2并联在电路中 消耗的电功率分别为P1和P2 并联总电阻设为R 下列关于P1与P2的大小关系及R的伏安特性曲线应该在的区域正确的是 A 特性曲线在 区 P1 P2B 特性曲线在 区 P1 P2C 特性曲线在 区 P1 P2D 特性曲线在 区 P1 P2 答案 C 2 2011 漳州高二检测 一台电动机 额定电压是100V 电阻是1 正常工作时 通过的电流为5A 则电动机因发热损失的功率为 A 500WB 25WC 1000WD 475W解析 电动机的热功率P I2r 5A 2 1 25W B正确 A C D错误 答案 B 3 通过电阻R的电流为I时 在时间t内产生的热量为Q 若电阻为2R 电流为I 2时 则在时间t内产生的热量为 A 4QB 2QC Q 2D Q 4答案 C 4 2011 包集高二检测 室内有几种用电器 1 5kW的电饭煲 200W的电冰箱 750W的取暖器 250W的电视机和2kW的空调器 如果进线处有13A的保险丝 供电电压为220V 下列情况下不可能同时使用的是 A 电饭煲和电冰箱B 取暖器和空调器C 电饭煲和空调器D 电冰箱 电视机和空调器解析 电路中允许的最大功率为Pm UI 2860W 用电器的功率之和大于Pm时 用电器就不可以同时使用 故选C 答案 C 5 如下图所示 电路中的电阻R 10 电动机的线圈电阻r 1 加在电路两端的电压U 100V 已知电流表读数为30A 则通过电动机线圈的电流为多少 电动机输出功率为多少 答案 20A1600W 练规范 练技能 练速度 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