《2017－2018学年高中物理 第3章 恒定电流 第3节 焦耳定律教学案 鲁科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017－2018学年高中物理 第3章 恒定电流 第3节 焦耳定律教学案 鲁科版选修3-1（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3节 焦耳定律1.自由电荷在电场力作用下定向移动而形成电流，电场力对电荷做的功，叫电功，WqUUIt。2单位时间内电流所做的功就是电功率，PUI。3电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，公式为QI2Rt。4纯电阻电路中电功和电热相等，非纯电阻电路中电功大于电热。一、电能电功和电功率电功电功率概念电场力对定向移动的自由电荷所做的功单位时间内电流所做的功公式WqUUItPUI单位焦耳，符号J瓦特，简称瓦，符号W物理意义描述电能转化为其他形式的能的多少描述电流做功的快慢二、焦耳定律1内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟
2、通电时间成正比。2公式：QI2Rt。3单位：焦耳，简称焦，符号 J。4微观解释：导体中的电子在电场力作用下做定向运动时，会与金属离子不断碰撞，碰撞时把一部分动能传递给离子，使离子热运动加剧，导致导体发热。三、身边的电热1电热水器、电饭锅等家用电器是利用了电流的热效应，其电阻丝都是由电阻率较大的材料制成的。2电焊是在焊接的金属接触面上通过电流，利用接触电阻产生的热量得到适合焊接的高温，从而对接触面进行焊接的一种方法。3插头和插座之间、电线连接处如果接触不良，都会产生大电阻，容易发热，甚至迸出火花。4电视机和显示器的后盖有很多孔，计算机的CPU要安装散热片及风扇，都是为了散热。1自主思考判一判(1
3、)千瓦时(kWh)是电功的常用单位。1 kWh3.6106 J。()(2)电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用电器的电功率越小。()(3)电功率越大，电流做功一定越快。()(4)WUIt可以计算任何电路的电功。()(5)QI2Rt可以计算任何电路的热量。()(6)任何电路都有WQ，即UItI2Rt。()2合作探究议一议(1)电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，两者间有何关系？提示不相同。电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。电流做功的快慢用电功率表示，电流做功的多少用电功表示。电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关。(2)用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得
4、通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？提示导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的部分导线电阻要大得多，由焦耳定律QI2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。(3)在电流通过电炉时，能量是如何转化的？在电流通过电动机时，能量又是如何转化的？提示在电炉电路中，电流做的功即消耗的电能全部转化为电热，即WQ。在电动机电路中，电流做的功即消耗的电能除一部分转化为电热之外，大部分转化为机械能，即WQE其他，此时WQ。纯电阻电路电功、电功率的计算1对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。(2)
5、从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。(3)电功WUItqU对任何电路都适用。2对电功率的理解(1)电功率PUI对任何电路都适用。(2)额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。典例一根电阻丝，在通过2 C的电荷量时电功为8 J，若在相同的时间内通过4 C的电荷量，求电阻丝上的电流做的功和所加的电压分别是多少。思路点拨解析设电阻丝的电阻为R，据WUItUq得U14 V，在相同时间内通过的电荷量变为原来的2倍。据I知：I22I1又据欧姆定律I得U22U1
6、8 V电流的功W2U2I2t4W132 J。答案32 J8 V此类题目需要用到的几个公式WqUUIt，I，I，其中式为计算电功的普遍公式；式为电流的定义式，普遍适用；式为欧姆定律，只适用于纯电阻电路。1一个标有“1 k40 W”的电阻器，下列说法错误的是()A允许长期通过它的最大电流是0.2 AB额定电压是200 VC在额定电压下消耗的功率为40 WD加50 V电压时消耗的功率为10 W解析：选D铭牌上标注的是该电阻器的阻值和允许的最大功率，据PI2R得Imax A0.2 A，A正确；据P得U额 V200 V，B正确；40 W为电阻器在额定电压下消耗的功率，C正确；据P知，U50 V时P W2
7、.5 W，D错误。2一只规格为“220 V2 000 W”的电炉，它正常工作时的电阻是多少？若电网电压为200 V，则电炉工作时的实际功率是多少？在220 V电压下，如果平均每天使用电炉2 h，求此电炉一个月(按30天计算)要消耗多少度电？解析：设电炉的电阻为R，由P得R 24.2 当电压为U200 V时，电炉的实际功率为P W1 653 W在220 V的电压下，该电炉一个月消耗的电能为WPt2230 kWh120 kWh。答案：24.2 ，1 653 W,120度非纯电阻电路电功、电热的计算纯电阻电路与非纯电阻电路的区别纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件用来发热或者只能发热除电
8、阻外还有能把电能转化为其他形式能量的用电器电流、电压、电阻的定量关系满足欧姆定律I不满足欧姆定律，但是遵循能量守恒定律即UItI2RtW，所以UIR或I能量转化形式电流做功全部转化为内能：WQUItI2RttqU电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功WUIt，电热QI2Rt，WQW其他能量转化流程元件举例电阻、电灯、电热毯、电炉丝等电动机、电铃、电解槽、蓄电池等典例有一个直流电动机，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；若把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。(1)求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
9、住，此时电动机的发热功率为多大？思路点拨解析(1)电动机不转时，说明电动机无机械能输出，它消耗的电能完全转化为热能，此时电动机可看成纯电阻，则r0.5 。当加电压为2 V、电流为1 A时，电动机正常工作，有机械能输出，此时电动机为非纯电阻电路，消耗的电能等于转化的机械能和热能之和。转化的热功率为P热I2r0.5 W总功率P总UI2 W，则输出功率P出P总P热1.5 W。(2)若在电动机正常工作时被卡住，电动机无机械能输出，看做纯电阻电路，此时的电热功率为：P热 W8 W。答案(1)1.5 W(2)8 W电动机的功率和效率(1)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U
10、I。(2)输出功率：电动机做有用功的功率。(3)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。(4)功率关系：P总P出P热。(5)电动机的效率：。1(多选)电阻R和电动机一起串联在电路中，如图331所示。已知电阻R跟电动机线圈的电阻相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机两端的电压分别为U1、U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生的电热为Q1；电流通过电动机做功为W2，产生的电热为Q2，则有()图331AU1U2，Q1Q2BW1W2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2解析：选AD设电路中的电流为I，则R两端的电压U1IR；对于电动机，欧
11、姆定律不再适用，但电动机线圈上的电压仍有U2IR，而电动机两端的电压U2一定大于U2，所以，应有U1U2。对于R，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1U1It，将电能全部转化为电热Q1，则Q1W1I2Rt；对于电动机，经过时间t，电流通过电动机做功为W2U2It，所以有W1W2，电流通过电动机线圈产生的电热由焦耳定律得Q2I2Rt，故有Q1Q2。所以选项A、D正确。2.图332所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r1 ，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A的重力为20 N，不计摩擦力。求：图332(1)电动机线圈上消耗的热功率是多少？(2)电动机的输入功率和输出功率
12、各是多少？(3)10 s内，可以把物体A匀速提升多高？(4)这台电动机的机械效率是多少？解析：(1)根据焦耳定律可知，电动机线圈上消耗的热功率为PQI2r121 W1 W。(2)电动机的输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积，故有P入IU15 W5 W输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率，所以有P出P入PQ5 W1 W4 W。(3)电动机的输出功率用来提升重物，转化为机械功率，在10 s内，有P出tmgh，解得h m2 m。(4)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，输出功率是机械功率，电动机的机械效率100%80%。答案：(1)1 W(2)5 W4 W(3)2 m(4)80%1关于电功
13、，下列说法中正确的有()A电功的实质是电场力所做的功B电功是其他形式的能转化为电能的量度C电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D电流通过电动机时的电功率和热功率相等解析：选A电场力移动电荷时对电荷所做的功叫电功，是电能转化为其他形式能的量度，A对，B、C、D错。2关于四个公式：PUI；PI2R；P；P。下列叙述正确的是()A公式适用于任何电路的电功率B公式适用于任何电路的电热功率C公式适用于任何电路电功率D上述没有一个正确解析：选APUI、P适用于任何电路电功率的计算，而PI2R适用于任何电路热功率的计算，故A正确；P只适用于纯电阻电路中电功率及热功率的计算，故B、C、D错。3有
14、一只电风扇，标有“220 V50 W”字样，电动机线圈的电阻为0.4 ，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中，正确的是()AQBQPtCQ2Rt D以上三种方法均正确解析：选C由于电风扇是非纯电阻电路，故A、B错；由PUI得I，再由QI2Rt知C正确。4利用超导材料零电阻的性质，可以实现无损耗输电。现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V。如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A1 kW B1.6103 kWC1.6103 kW D10 kW解析：选A节约的电功率为原来输电线消耗的功率，由焦耳定律有PI2R。根据输电线提供给用电器的功率和电压可知输电线中的电流I满足P0UI，由以上两式有P2R20.4 W1 0
