高中物理 第二章第五节 《焦耳定律》精品课件 新人教版选修3-1

欢迎进入物理课堂 2 5焦耳定律 Unit2恒定电流 灯泡接入电路中时 灯泡和电线中流过相同的电流 灯泡和电线都要发热 可是实际上灯泡热得发光 电线的发热却觉察不出来这是为什么 假如在照明电路中接入大功率的电炉 电线将显著发热 有可能烧坏它的绝缘皮 甚至引起火灾 这又是为什么 导体中有电流通过的时候 导体要发热 这种现象叫做电流的热效应 a 电流流过电炉b 电流流过电解槽c 电流流过电风扇 电能转化为热能 电能转化为化学能和热能 电能转化为机械能和热能 电能转化为其它形式的能电流做功 W qU q It W UIt 恒定电场对自由电荷的静电力作正功 电势能减小 其它形式的能增加 适用于任何用电器 提高认识 1 电流做功的本质是静电力做功 2 根据静电场的电势差的定义式推出电流做功的表达式 W UIt 纯电阻电路 2 度量方式 电势能减小量在数值上等于电功 5 单位换算 J1kWh 3 6 106J 1 引入目的 量度电能转化为其它形式的能的多少 3 决定因素 电功与通过用电器的电量 通过用电器的电流和通电时间 和用电器两端的电压成正比 4 矢量标量 标量 6 测量方法 电能表 伏安法等 2 度量方式 1 引入目的 反映电流 静电力 做功的快慢程度 3 决定因素 电功率与通过用电器的电流和用电器两端的电压成正比 5 单位换算 W1kW 103W 4 矢量标量 标量 6 测量方法 电压表和电流表 2 理论和实验依据 1 研究内容 电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关系 1 焦耳最早通过实验证明 2 理论推导 3 三种表述 1 文字表述 电流通过某导体 在时间t内产生的热量 跟电流的平方 导体的电阻和通电时间成正比 2 公式表述 4 适用条件 任何用电器 1 器材 玩具电机1台 干电池2节 电压表和电流表各1只 导线若干 2 实验目的 请设法测出电风扇的直流电阻 以及电动机工作时总功率 电功率 和输出的机械功率 3 实验步骤 取一个玩具小电机 其内阻R 1 0 把它接在如图所示的电路中 1 先夹住电动机轴 闭合电键 电机不转 调整滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为0 50V 记下电流表的示数 算出小电机消耗的电功率和热功率 并加以比较 2 再松开夹子 使小电机转动 调整滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为2 0V 此电压为小电机的额定电压 记下电流表的示数 算出小电机消耗的电功率和热功率 并加以比较 转动 3 0 08 3 0 1 30 30 0 24 0 3 0 192 0 3 0 048 0 分析该电动机在不同情况下 电功率与热功率及机械功率之间关系 从能量守恒角度加以解释 4 数据处理 纯电阻电路 非纯电阻电路 电能W 电能W Q I2Rt W UIt I U R M I U R 电功 W UIt 电热 Q I2Rt 电功率 P UI 热功率 P热 I2R 运转 卡住 内能Q 焦耳定律 电热 内能Q 其它形式的能 W UIt Q I2Rt 电功等于电热 电功大于电热 例1 要使 110V 40W 110V 100W 的两种灯泡接在220V的电路中都能正常发光 选择哪个电路 哪个最省电 可以 可以 正常发光 达到额定电压 额定电流 省电 例2 一台电风扇 内阻为20 接上220V电压后 消耗的功率是66W 求 1 电风扇正常工作时通过电动机的电流强度 2 电风扇正常工作时转化为机械能和内能的功率 电机的效率 3 如果接上电源后 扇叶被卡住 不能转动 求这时通过电动机的电流 以及电动机消耗的电功率和发热功率 分清输入电功率 消耗热功率 输出机械功率及它们之间的守恒关系是关键 电热 1 电功W定义 在一段电路中电场力所做的功 也就是通常说的电流所做的功 简称电功 公式 W UIt单位 J 2 电功率P定义 单位时间内电流所做的功叫做电功率公式 P W t UI单位 W kW kWh 1kWh 3 6 106J 小结 电功和电功率 电热和热功率 3 焦耳定律内容 电流通过某导体 在时间t内产生的热量 跟电流的平方 导体的电阻和通电时间成正比 公式 Q I2Rt 公式 P热 Q t I2R单位 WkW 4 热功率 P热 导体在单位时间内发出的热量 A组能力训练题1 1 用电器两端电压220V 这意味着 A 1A电流通过用电器时 消耗的电能为220JB 1C正电荷通过用电器时 产生220J的热量C 1A电流通过用电器时 电流的发热功率为220WD 1C正电荷从电势高端移到电势低端时 电场力做功220J D A组能力训练题2 2 关于电功 下列说法中正确的有 A 电功的实质是电场力所做的功B 电功是电能转化为内能的量度C 电场力做功是电能转化成其他形式能量的量度D 电流通过电动机时的电功率和热功率相等 AC A组能力训练题3 3 一灯泡标有 220V 100W 字样将其接到110V的电源上 不考虑灯泡电阻的变化 则有 A 灯泡的实际功率为50WB 灯泡的实际功率为25WC 通过灯泡的电流为额定电流的1 2D 通过灯泡的电流为额定电流的1 4 BC A组能力训练题4 4 下图电路中 电灯L1 L2都标有 220V 100W 电灯L3 L4都标有 220V 40W 将A B两端接入电源 最暗的灯是 A L1B L2C L3D L4 C A组能力训练题5 5 把两个相同的电灯分别接在图中甲 乙两个电路里 调节滑动变阻器 使两灯都正常发光 两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙 可以断定 A P甲 P乙B P甲 P乙C P甲 P乙D 无法确定 C A组能力训练题6 6 输电线总电阻为r 输送的电功率是P 送电电压为U 则用户得到的功率为 PB C D B A组能力训练题7 7 一台直流电动机线圈电阻r 1 与一阻值R 10 的电阻串联 当所加电压U 150V 电动机正常工作时电压表示数100V 求电动机消耗的功率及输出的机械功率 电阻R两端的电压为 UR U UM 50V 通过R的电流是 I UR R 5A 电动机消耗的功率为 P IUM 5 100 500W P热 I2r 25W P机 P P热 500 25 475W 解 A组能力训练题8 7 有一个直流电动机 把它接入0 2V电压的电路时 电动机不转 测得流过电动机的电流是0 4A 若把它接入2V电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是1A 求 1 电动机正常工作时的输出功率 2 如在正常工作时 转子突然被卡住 此时电动机的发热功率多大 提示 电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器 1 电动机不转时为纯电阻电路 r U1 I1 0 5 电动机正常工作时 P电 I2U2 1 2 2W 电动机的热功率为 P热 I22r 12 0 5 0 5W 电动机所做机械功的功率 P机 P机 P热 1 5W 2 转子突然被卡住 电动机的发热功率为 P热 U22 r 22 0 5 8W 解 B组能力训练题1 1 A B C三个灯泡如图所示的方式连接时 各自消耗的实际功率相同 则RA RB RC为 A 1 1 1B 1 2 2C 2 1 1D 1 4 4 B C两个灯泡并联 UB UC 解 B C两个灯消耗的实际功率相同 则由 P U2 R RB RC IA 2IB 2IC 则由P I2R RA RB RC 1 4 4 D B组能力训练题2 2 图中R1 4 R2 9 R3 18 通电后 A 经R1和R3的电流之比I1 I3 3 1B R1两端的电压和R3两端的电压之比U1 U3 4 9C 三个电阻消耗的电功率之比P1 P2 P3 2 1 2D 三个电阻消耗的电功率之比P1 P2 P3 2 2 1 AD B组能力训练题3 3 两个电阻 R1 8 R2 2 并联在电路中 欲使这两个电阻消耗的电功率相等 可行的办法是 A 用一个阻值为2 的电阻与R2串联B 用一个阻值为6 的电阻与R2串联C 用一个阻值为6 的电阻与R1串联D 用一个阻值为2 的电阻与R1串联 A B组能力训练题4 4 电阻R1 8 R2 2 如图甲电路中要使R1 R2消耗的功率相等 滑动变阻器阻值为 如图乙电路中要使R1 R2消耗的功率相等 滑动变阻器阻值为 8 2 B组能力训练题5 2007年海南卷5 5 一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36W与36V 若把此灯泡接到输出电压为18V的电源两端 则灯泡消耗的电功率 A 等于36WB 小于36W 大于9WC 等于9WD 小于36W 解 设灯泡接U 36V电压和U 18V电压时的电阻分别为R R 电压减小 灯丝温度降低 电阻减小 R R B B组能力训练题6 6 某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示 重物质量m 50kg 电源提供恒定电压U 110V 不计各处摩擦 当电动机以v 0 90m s的恒定速度向上提升重物时 电路中电流强度I 5A 求电动机线圈电阻R g 10m s2 P电 P热 P机 其中机械功率 P机 mgv 50 10 0 9 450瓦 电功率 P电 UI 110 5 550瓦 P热 P电 P机 550 450 100瓦 P热 I2R 100瓦 电动机线圈的电阻为4 解 R 4 B组能力训练题7 7 如图所示是电饭煲的电路图 S1是一个控温开关 手动闭合后 当此开关温度达到居里点 103 时 会自动断开 S2是一个自动控温开关 当温度低于60 时会自动闭合 温度高于80 时 会自动断开 红灯是加热时的指示灯 黄灯是保温时的指示灯 分流电阻R1 R2 500 计算加热电阻丝R3 50 两灯电阻不计 1 根据电路分析 叙述电饭煲煮饭的全过程 包括加热和保温的过程 2 简要回答 如果不闭合开关S1 电饭煲能将饭煮熟吗 3 计算加热和保温两种状态下 电饭煲的消耗功率之比 由于电饭煲散热 待温度下降至60 时 S2自动闭合 电饭煲重新处于加热状态 待温度上升到80 时 又自动断开 电饭煲再次处于保温状态 解 1 电饭煲盛上食物后 接上电源 S2自动闭合 同时把手动开关S1关闭 这时黄灯被短路红灯亮 电饭煲处于加热状态 加热到80 时 S2自动断开 S1仍闭合 待电饭煲中水烧干后 温度升高到103 时 开关S1自动断开 这时饭已煮熟 黄灯亮 电饭煲处于保温状态 3 加热时电饭煲消耗的电功率 保温时电饭煲消耗的电功率为 从而有 如果不闭合开关S1 开始S2总是闭合的 R1被短路 功率为P1 当温度上升到80 时 S2自动断开 功率降为P2 温度降低到60 S2自动闭合 温度只能在60 80 之间变化 不能把水烧开 不能煮熟饭 2 如果不闭合开关S1 电饭煲不能将饭煮熟 课堂互动讲练 定两只标有 110V40W 的灯泡L1和标有 110V100W 的灯泡L2及一只最大阻值为500 的滑动变阻器R 将它们接在220V的电路中 在图2 5 3所示的几种接法中 最合理的是 图2 5 3 思路点拨 该题所谓的最合理就是既能使两个灯泡正常发光 又能使滑动变阻器消耗的功率最小 此时电路中的电流应该最小 精讲精析 由L1 110V 40W L2 110V 100W 可知R1 R2 由串 并联电流电压特点可知A D中L1 L2一定不会同时正常发光 虽然B C能使L1 L2同时正常发光 但B中P总 2 P1 P2 C中P总 2P2 所以选C 答案 C 题后反思 求解这类问题 首先要明确电路中各元件之间的连接关系 再利用串 并联电路的一些性质和功率分配关系 求出各元件消耗的功率 电路中消耗的总功率等于各元件消耗的功率之和 变式训练1如图2 5 4所示 R1和R2都是 4W 100 的电阻 R3是 1W 100 的电阻 则AB间允许消耗的最大功率是 W 图2 5 4 答案 6 在研究微型电动机的性能时 可采用如图2 5 5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 图2 5 5 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 规律总结 对于纯电阻电路和非纯电阻电路应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 变式训练2如图2 5 6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 6 答案 210W 思考 我们知道白炽灯是纯电阻器件 但是我们日常生活中的的确确看到白炽灯发出光 这不是矛盾吗 其工作原理是 电流通过灯丝 钨丝 熔点达3000 以上 时产生热量 螺旋状的灯丝不断将热量聚集 使得灯丝的温度达2000 以上 灯丝在处于白炽状态时 就发出光芒 从能量的转换角度看 电灯发光时 大量的电能将转化为热能 只有极少一部分可以转化为有用的光能 目前在所有日常生活的用电照明灯具中 白炽灯的效率是最低的 白炽灯会把消耗能量中的大部分 超过90 转化成无用的热能 只少于10 的能量会成为光能 2011年8月 发改委公布 中国淘汰白炽灯路线图 征求意见稿 从2016年10月1日起 禁止销售和进口15瓦及以上普通照明用白炽灯 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