高中物理 第2章 恒定电流 第5节 焦耳定律课件 新人教版选修3-1.ppt

第5节焦耳定律 教师参考 一 教学目标知识与技能1 理解电功 电功率的概念 知道公式的物理意义 了解实际功率和额定功率 3 知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系4 能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题过程与方法通过有关实例 让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程情感态度与价值观通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性 二 教学重点难点教学重点区别并掌握电功和电热的计算教学难点学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识 接受起来比较困难三 重难点突破方略电功概念引入的突破方略教师 请同学们思考下列问题 1 静电力的功的定义式是什么 2 电流的定义式是什么 学生 1 静电力的功的定义式W qU 情境展示 如图所示 一段电路两端的电压为U 由于这段电路两端有电势差 电路中就有电场存在 电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动 形成电流I 问题1 在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少 学生 q It 问题2 这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端 在这个过程中静电力做了多少功 学生 静电力做的功W qU IUt 问题3 电流做功实质上什么力做功 学生 电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功 教师讲授 在这段电路中静电力所做的功W qU IUt 也就是通常所说的电流所做的功 简称电功 自主学习 课堂探究 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 教师参考 情境链接一焦耳最初的研究方向是电磁机 他从实验中发现电流可以做功 这激发了他进行深入研究的兴趣 1840年 焦耳把环形线圈放入装水的试管内 测量不同电流和电阻时的水温 通过这一实验 他发现 导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流的二次方之积成正比 这就是焦耳定律 1843年 焦耳想到了机械功与热的联系 测出了热功当量 后人为了纪念焦耳 把功和能的单位命名为焦耳 电流做功时 消耗的是电能 究竟电能转化为哪种形式的能量呢 信息电路中元件的类型不一样 电能转化为哪种形式能量的种类也不一样 焦耳研究电流做功将电能转化内能的情形 焦耳定律只适用于电流产生内能的情况 情境链接二在日常生活中 经常会用到家用小电器 例如电吹风 电熨斗等 它们都会分为几挡 比如电吹风可以吹暖风和热风 使用中会遇到一些问题 例如电风扇工作时 电风扇的扇叶被卡住了 会造成什么后果 电能是通过电流做功转化为其他形式的能 电流做功的实质是什么 信息电风扇扇叶被卡住后 电流做功把电能全部转化为内能 由于电风扇内阻很小 则电流很大 会烧坏电机 电路中电流做功实质是导体内的电子在电场中通过静电力做功 把电势能转化为其他形式的能 教材梳理 一 电功和电功率阅读教材第53页 电功和电功率 部分 了解电功公式的推导过程 知道什么是电功 电功率 自由电荷 电流 IUt IU 焦耳 J 瓦特 瓦 W 电能 做功 想一想电功的公式W IUt 电功率的公式P IU适用于非纯电阻电路吗 答案 适用 二 焦耳定律和热功率阅读教材第53 54页 焦耳定律 部分 知道焦耳定律的内容及公式 1 焦耳定律 1 内容 电流通过导体产生的热量跟电流的成正比 跟导体的 及成正比 2 表达式 Q I2Rt 2 热功率 1 意义 表示电流发热的物理量 2 定义 单位时间内的 二次方 电阻 通电时间 快慢 发热量 想一想电风扇工作时消耗的电能可以用W I2Rt来计算吗 电风扇工作时 消耗的电能转化成什么形式的能量 答案 不能用W I2Rt来计算电风扇工作时消耗的电能 电风扇工作时消耗的电能转化为内能和机械能 自主检测 1 关于电功率的下列说法中 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 C 解析 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 故选项A错误 C正确 用电器的实际功率 是由加在它两端的电压和通过的电流决定的 故选项B错误 电流做功的多少不仅与功率的大小有关 还与时间有关 故选项D错误 C 3 关于电功和电热 下面说法正确的是 A 任何电路中的电功W IUt 电热Q I2Rt且W QB 任何电路中的电功W IUt 电热Q I2Rt 但W有时不等于QC 电功W IUt在任何电路中都适用 电热Q I2Rt只在纯电阻电路中适用D 电功W IUt 电热Q I2Rt 只适用于纯电阻电路 B 解析 电功W IUt和电热Q I2Rt适用于任何电路 在纯电阻电路中 W Q 在非纯电阻电路中W Q 故选项B正确 4 一台额定电压为U的电动机 它的电阻为R 正常工作时通过的电流为I 则 A 电动机t秒内产生的热量是Q IUtB 电动机t秒内产生的热量是Q I2RtC 电动机的功率为P I2RD 电动机的功率为P U2 R 解析 电动机工作时 是非纯电阻电路 t时间内输入的总电能为IUt 它转化为两部分 一是电动机内阻上产生的热能Q I2Rt 二是电动机对外输出的机械能E IUt I2Rt 选项B正确 B 课堂探究核心导学 要点探究 要点一 电功 电功率的计算 问题导引 小明在家中发现了一种微型电动机 在该电动机的说明书上看到其额定电压为220V 电流为2A 内部线圈的电阻为10 学习了本节后 小明根据两个电功率公式P IU和P I2R求出的电功率数值为什么不一样呢 答案 由P IU求出的电功率是电流的做功功率 由P I2R求出的电功率是用电器的热功率 两者一般是不相同的 只有在纯电阻用电器中两者才相同 教师备用 要点归纳 1 电路中保持持续电流的过程 就是静电力移动自由电荷不断做功的过程 静电力做了多少功 也说电流做了多少功 就有多少电能转化为其他形式的能 如电炉 白炽灯工作就是电能转化为内能 电动机工作就是电能转化为机械能和内能 思路探究 1 L1 L4两灯电阻和通过的电流有何关系 例1 有四盏灯 接入如图所示的电路中 L1和L2都标有 220V100W 字样 L3和L4都标有 220V40W 字样 把电路接通后 最暗的灯是哪一盏 最亮的灯是哪一盏 2 L2 L3两灯中通过的电流有何不同 答案 L2和L3两灯并联 其电压相等 但由于L2功率较大 则电阻较小 由I 知L2中电流较大 3 如何比较L1和L3 L2和L4的功率关系 解析 由它们的额定电压 额定功率判断知R1 R2R1 R23并 由串联电路的功率分配可得P4 P1 P2 P3 由并联电路的功率分配可得P2 P3 所以L3最暗 L4最亮 答案 L3最暗 L4最亮 教师备用 例1 1 额定电压都是110V 额定功率PA 100W PB 40W的电灯两盏 若接在电压是220V的电路上 两盏电灯均能正常发光 且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个 解析 由两灯泡的额定电压和额定功率可知 两灯泡的电阻RA RB 由于电路所加电压为220V 两灯串联时不可能平分电压 在B图中 A灯的电阻小再并联一电阻 则电阻更小 而导致B灯电压过大而烧毁 图C D可满足两灯正常发光 比较两个电路 由于C电路的总功率为220IA 而D电路的总功率为220 IA IB 所以C电路消耗电功率最小 C 针对训练1 2016宁德市一级达标中学期中联考 如图所示 A B两端的电压U恒为18V 电阻R1 20 灯泡L标有 6V 1 8W 的字样 当灯泡L正常发光时 求 1 电阻R2的阻值 2 电路消耗的总电功率P 2 由P I1U 得P 10 8W 答案 1 20 2 10 8W 要点二 纯电阻电路与非纯电阻电路 问题导引 某一电路中只含有某一元件 即白炽灯 电动机 电炉 电容器 电熨斗 电饭锅 电解槽其中的一种 分析哪些属于纯电阻电路 哪些属于非纯电阻电路 其电能是如何转化的 答案 纯电阻电路有 白炽灯 电炉 电熨斗 电饭锅 非纯电阻电路有 电动机 电解槽 电容器 纯电阻电路中 电流做的功全部转化为电热 即W Q 在非纯电阻电路中 电流做的功除一部分转化为电热之外 大部分转化为其他形式的能 即W Q E其他 此时W Q 教师备用 要点归纳 纯电阻电路和非纯电阻电路1 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 2 有关电动机的功率 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内能 在电路计算中 欧姆定律不再适用 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 计算公式P总 UI 3 输出功率 电动机做有用功的功率 如图所示 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 5 功率关系 P总 P出 P热 例2 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 若把电动机接入2 0V电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是1 0A 则 1 电动机正常工作时的输出功率为多大 2 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 思路探究 1 电动机不转时 电压不足 电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路 答案 电能只转化为电热 是纯电阻电路 可以求出电动机的内阻 2 电动机被卡住时 电动机的电功和电热有何关系 答案 电动机被卡住时 电动机为纯电阻用电器 其电功等于电热 答案 1 1 5W 2 8W 规律方法非纯电阻电路的解答思路 1 像有电动机这样的非纯电阻用电器的电路 要注意区分电功率和热功率 电功率用P总 IU计算 热功率P热 I2R 机械功率P机 P总 P热 2 在非纯电阻电路中 一定要注重电路中电流的求解 特别是在纯电阻上寻找满足欧姆定律的关系 3 注意搞清楚电路中的能量转化关系 用能量守恒定律来分析问题 教师备用 例2 1 如图所示 有一提升重物用的直流电动机 内阻RM 0 6 R 10 U 160V 电压表的读数为110V 则 1 通过电动机的电流是多少 2 输入到电动机的电功率是多少 3 电动机转化为机械能的功率是多少 2 电动机的输入功率P入 IUM 5 110W 550W 3 由IUM I2RM P机得P机 IUM I2RM 5 110W 52 0 6W 535W 答案 1 5A 2 550W 3 535W 例2 2 一直流电动机线圈内阻一定 用手握住转动轴使其不能转动 在线圈两端加电压为0 3V时 电流为0 3A 松开转动轴 在线圈两端加电压为2V时 电流为0 8A 电动机正常工作 则 该电动机正常工作时 输入的电功率是多少 电动机的机械功率是多少 答案 1 6W0 96W 例2 3 多选 理发用的吹风机中有电动机和电热丝 电动机带动风叶转动 电热丝给空气加热 得到热风 将头发吹干 设电动机线圈的电阻为R1 它与电热丝的电阻R2相串联 接到直流电源上 吹风机两端电压为U 电流为I 消耗的电功率为P 则有 A PI2 R1 R2 解析 吹风机是非纯电阻用电器 则U I R1 R2 而P IU任何情况下都成立 而消耗的电功率P I2 R1 R2 P机 选项C D正确 CD 针对训练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 则在相同时间内 A 电炉和电动机产生的热量不相同B 电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率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 由焦耳定律公式Q I2Rt可知选项A错误 电动机除热功率外还有机械功率 所以电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 选项B错误 P电动机 IU1 P电炉 IU2 因为P电动机 P电炉 所以U1 U2 故选项C正确 选项D错误 C 教师参考 教材探究 教材P53电流通过白炽灯 电炉等电热元件做功时 电能全部转化为内能 额定电压相同的灯泡 额定功率越大 电阻越小 正常工作时单位时间内产生的热量越多 可是按照焦耳定律 电阻越大 单位时间内产生的热量越多 二者似乎有矛盾 这是怎么回事 答案 前者说电阻越小 正常工作时单位时间内产生的热量越多 前提条件是电压相同 而后者说 电阻越大 单位时间内产生的热量越多 前提条件是电流相同 两者并不矛盾 所以我们在应用公式时应该特别注意前提条件 达标测评随堂演练 检测效果 BCD 2 有一家用电风扇 电风扇两端的电压为220V 工作电流为0 5A 则下列说法中 正确的是 A 电扇线圈的电阻为440 B 电扇线圈的电阻大于440 C 电扇线圈的电阻小于440 D 电风扇线圈的电阻满足欧姆定律 C 答案 0 13 5 3 2016安徽师大附中期中 三个电阻分别标有 100 4W 200 2W 50 8W 将它们串联起来 允许通过的最大电流为A 允许消耗的最大功率为W 4 如图所示 电源电压恒为U 14V 小灯泡L标有 4V8W 电动机的线圈电阻rM 1 0 当变阻器调到2 时 小灯泡与电动机均正常工作 求电动机的机械效率 答案 66 7 教师参考 课堂小结 谢谢观赏