黑龙江省齐齐哈尔市高中物理 第二章 恒定电流 2.5 焦 耳 定 律

黑龙江省齐齐哈尔市高中物理 第二章 恒定电流 2.5 焦 耳 定 律

‎2.5　焦 耳 定 律 ‎ 学习 目标 ‎1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。‎ ‎2．了解电功和电热的关系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。‎ ‎3．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。‎ ‎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。‎ 学习 疑问 学习 建议 ‎【预学能掌握的内容】（查阅教材p53-54页完成下列问题）‎ 一. 电功和电功率 ‎1. 功是能量转化的量度，电能转化为其他形式的能通过 实现。电流做功的实质上是导体中的恒定电场对 的 力在做功，电荷的 减小，其他形式的能在增加；‎ ‎2. 电功公式： 是电功的普适式，适用于任何电路。单位： 。‎ ‎3电功率不同电机做功快慢不同， 内电流所做的功叫做电功率。公式：P= 是电功率的普适式。单位： 。适用于任何电路。‎ 二. 焦耳定律和热功率 ‎（1）电流的热效应：电流在通过导体时，导体要发热， 能转化为 能。这就是电流的热效应。任何电路中电流I 通过电阻R时都要产生的热量（电热）。‎ ‎（2）焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量跟电流的 ‎ 成正比，跟导体的电阻成及通电时间成 。‎ ‎（3）表达式：电热Q= 。注意：焦耳定律是电流热效应的实验定律，凡是计算电热，都应选用焦耳定律。适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。‎ ‎（4）热功率（P）：定义： 称为热功率。‎ 表达式：P = 。‎ 合作探究: 电功和电热有何异同 ‎1 . 纯电阻电路:电流通过用电器时把 能全部转化为 能，这样的电路叫做纯电阻电路。在纯电阻电路中，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。这时电能全部转化为内能，电功等于电热，即 .同理 .‎ ‎2 .非纯电阻电路:电流通过用电器时把 能全部转化为 的能和 能，这样的电路叫做非纯电阻电路。在非纯电阻电路中：电流通过用电器是以转化为内能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等。这时电路消耗的电能，即W=UIt分为两部分，一大部分转化为其他形式的能E其他（例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为电热Q=I2R t（电枢的电阻生热）.这里W=UIt不再等于Q=I2Rt，应该是W=E其他＋Q. 分析两种电路并填下表： ‎ 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件，例如：电阻、电炉丝、白炽灯 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器，例如：电动机、电解槽 遵循欧姆定律 不遵循欧姆定律 由 知 电流、电压、电阻三者的关系 能量转化形式 电流做功全部转化为内能（全部用来发热）‎ 电流做功转化为内能和其他形式的能 可应用的公式 即UIt= = ‎ 即= +‎ ‎【总结规律】:‎ 电功和电热是两个不同的物理量，只有在纯电阻电路中，电功等于电热， ；在非纯电阻电路中，电功大于电热，W>Q，这时电功只能用 计算，电热只能用 计算，两式不能通用。‎ ‎【思考】‎ 某电动机内部线圈内阻为r，在正常工作时电压为，测得通过电动机的电流为，（1）则电路中电流做功的电功率为 ，电动机线圈产生的热功率为 ， 电动机对外做功的输出功率为 ；‎ ‎【典题探究】‎ 知识点一　电功、电功率的计算 例1 (多选)关于四个公式①P＝UI；②P＝I2R；③P＝；④P＝，下列叙述正确的是(　　)‎ A．公式①④适用于任何电路的电功率的计算 B．公式②适用于任何电路的电热功率的计算 C．公式①②③适用于任何电路电功率的计算 D．以上均不正确 例2．一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端的电压U变化的关系图象如图1(a)所示，将它与两个标准电阻R1、R2‎ 并联后接在电压恒为U的电源上，如图(b)所示，三个用电器消耗的电功率均为P.现将它们连接成如图(c)所示的电路，仍然接在该电源的两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2，它们之间的大小关系为(　　)‎ A．P1＝4P2　　　　　 　B．PD＝P/9‎ C．P1<4P2 D．PD>P2‎ 知识点二　焦耳定律 例3．(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)‎ 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只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中，UI>I2R D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路 答案　BCD 知识点三、纯电阻电路与非纯电阻电路中能量转化问题的分析 例4. 如图2所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻RM＝0.6 Ω，R＝10 Ω，U＝160 V，电压表的读数为110 V．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)电动机工作1 h所产生的热量是多少？‎ ‎【课堂检测】‎ ‎1.两电阻丝电阻R1＞R2，它们通电后电功率的大小关系是 (　　)‎ A．由P＝I2R可知，P1＞P2‎ B．由P＝U2/R可知，P1＜P2‎ C．当通过R1、R2的电流相等时，P1＞P2‎ D．当R1、R2两端的电压相等时，P1＞P2‎ ‎2．额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V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 (　　)‎ ‎3．(多选)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消耗的功率 ‎4．有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是‎0.4 A；若把电动机接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是‎1.0 A．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？‎ ‎【层次一】‎ ‎1．(多选)不考虑温度对电阻的影响，对一个“220 V　40 W”的灯泡，下列说法正确的是(　　)‎ A．接在110 V的电路中时的功率为20 W B．接在110 V的电路中时的功率为10 W C．接在440 V的电路中时的功率为160 W D．接在220 V的电路中时的功率为40 W ‎　‎ ‎2．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．4Q B．2Q C．Q/2 D．Q/4‎ ‎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＝UIt，电热Q＝I2Rt且W＝Q B．任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt但W有时不等于Q C．电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用 D．电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，只适用于纯电阻电路 ‎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＝UIt B．电动机t秒内产生的热量是Q＝I2Rt C．电动机的功率为P＝I2R D．电动机的功率为P＝U2/R ‎　‎ ‎5．两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压UA>UB，则下列说法正确的是(　 　)‎ A．两灯正常发光时，灯泡的电流强度IA>IB B．两灯电阻RAIU　④P ＞I2(R1＋R2)‎ A．①② B．①④ C．②③ D．③④‎ ‎【层次二】‎ ‎10. 如图6所示，电源电压恒为U＝14 V，小灯泡L标有“4 V　8 W”，电动机的线圈电阻rM＝1.0 Ω，当变阻器调到2 Ω时，小灯泡与电动机均正常工作，求电动机的机械效率．‎ ‎.‎ ‎11．一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0.3 V时，电流为‎0.3 A．松开转动轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为‎0.8 A ‎，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？‎ ‎12．如右图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图，电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V．试求：‎ (1) 通过电动机的电流；‎ (2) 输入电动机的电功率；‎ (3) 电动机的内阻r的发热功率；‎ ‎(4)若电动机以v＝‎1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量．(g取‎10 m/s2)‎