《辽宁省大连经济技术开发区得胜高级中学人教版高中物理选修3-1课件：2-5焦耳定律 （共43张PPT）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辽宁省大连经济技术开发区得胜高级中学人教版高中物理选修3-1课件：2-5焦耳定律 （共43张PPT）（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、图中是一电炉。,你知道它在通电时，能量是如何转化的吗？,大家对图中东西应该不陌生吧，它们是生活中常用的电动机。,你知道它在通电时，能量是如何转化的吗？,以下是几种不同型号的蓄电池。,你知道它是怎样进行充电的吗？,第二章 恒定电流,第五节 焦耳定律, 从电能向其他形式能的转化理解电功以及电功率，理解电功和能量转化的关系。, 知道焦耳定律的物理意义，熟记其内容。,1.知识与能力, 从能量的转化和守恒理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路与非纯电阻电路的区别。, 根据电能向其他形式的能转化的关系理解并利用电功和电功率的知识解决问题。,2.过程与方法,3.情感态度与价值观, 通过学习本节的内容，关注焦耳
2、定律在生活、生产中的应用。, 从焦耳定律的物理意义理解题目内容，并将其应用到实际解决问题中来。, 电功与电功率的内容及区别； 焦耳定律的内容及解题中的应用； 焦耳定律在生活、生产中的应用。, 焦耳定律在生活、生产中的应用。,重点：,难点：,1.电功和电功率,2.焦耳定律,1.电功和电功率,电炉通电时，电能转化为内能；电动机通电时，电能转化为机械能；蓄电池充电时，电能转化为化学能。 我们已经知道，功是能量转化的量度，电能转化为其他形式能的过程，电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量。 所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向
3、移动，结果电荷的电势能减小，其他形式的能增加。,电流通过一段电路时，自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，电场力对自由电荷做功。设一段电路两端的电压为U，通过的电流为I。在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量为q=It（如下图），这相当于在时间t内将电荷q由这段电路的一端移动到另一端。,下面我们根据学过的知识推导一下电功和电功率的公式。,W=qU,q=It,W=UIt,电功定义：,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。,上式表示，电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的成积。,讲完电功让我们在了解 一下电热。,电热定义：,
4、电流通过电阻时产生的热量。,Q=I2Rt,注意,W=UIt，Q=I2Rt分别是电功、电热的定义式，适用任何电路中电功、电热的计算，从能的转化角度看，在纯电阻电路中，消耗的电 能全部转化为内能。 可以通过不同形式计算电功和电热，在非纯电阻电路中，消耗的电能除转化为内能外，还转化为机械能或化学能等，因此有WQ,此时UIR（欧姆定律不成立），因此电功和电热只能通过定义计算。,上式表示，一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中的电流I的乘积。,在以上两个公式中，电流、电压、时间的单位分别是安培（A）、伏特（V）、秒（s），电功、电功率的单位分别是焦耳（J）和瓦特（W）。,电功率定义：,单位
5、时间内电流所做的功叫做电功率。,学了电功率以后，我们稍微了解一下额定功率和实际功率。,额定功率：,是指用电器在正常工作的条件下应加的电压，在这个条件下它消耗的功率就是额定功率率，流经它的电流就是额定电流。,实际功率：,如果用电器在实际使用时，加在其上的实际电压不等于额定电压，它消耗的功率也不再是额定功率，这就是实际功率。,2.焦耳定律,电流做功时，消耗的是电能。究竟电能会转化为那种形式的能，要看电路中具有那种类型的元件。 在得出焦耳定律的定义之前，我们先介绍一下纯电阻电路和非纯电阻电路。,纯电阻电路定义：,只含白炽灯、电炉等电热元件的电路。,非纯电阻电路定义：,除含有电阻外，还包含有电动机，电
6、解槽等的电路。,我们知道，电场力对电荷做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。 在真空中，正电荷由电势高的某处移向电势低的另一处时，电场力对电荷做正功，电荷做加速运动，减少的电势能转化为电荷的动能。 在电阻元件中电能的转化情况与真空中有所不同。在金属导体中，除了自由电子，还有金属正离子。在电场力的作用下，做加速定向移动的自由电子要频繁地与离子发生碰撞，并把定向移动的动能传给离子，使离子的热运动加剧。平均来看，可以认为大量自由电子以某一不变的速率做定向移动。可见，在电阻元件中，通过自由电子与离子的碰撞，电能完全转化成内能。,电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。电流在这段电路中
7、做的功W就等于这段电路发出的热量Q，即,Q=W=IUt,由欧姆定律,U=IR,Q=I2Rt,代入上式后可得热量Q的表达式,由此我们得出焦耳定律的定义,焦耳定律定义：,电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。,单位时间内发热的功率P=Q/t通常称为热功率。,热功率：,由公式Q=I2Rt可得热功率为,P=I2R,W=UIt和Q=I2Rt，或者P=UI和P=I2R，意义是不相同的。 P=UI表示输入给一段电路的全部电功率，或者说这段电路上消耗的全部电功率。,P=I2R是这段电路上因发热而消耗的功率。在电路中只有电阻元件时，二者是相等的（如甲图）。当电路中有电动机、电
8、解槽等用电器时，电能要分别转化成机械能、化学能等，只有一部分转化成内能，这是电功率大于热功率，二者并不相等。,甲,例如一台电动机，额定电压是220V，线圈电阻是0.4 ，在额定电压下通过的电流是50A，在额定电压下输入给电动机的电功率P=UI=11kW，热功率P=I2R=1kW，大部分电能（功率为10kW）转化为机械能（如图乙）。,1.电功和电功率,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。,电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的成积,Q=I2Rt,单位时间内电流所做的功叫做电功率。,一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压
9、U和电路中的电流I的乘积,2.焦耳定律,只含白炽灯、电炉等电热元件的电路，叫做纯电阻电路。,除含有电阻外，还包含有电动机，电解槽等的电路，叫做非纯电阻电路。,在真空中，正电荷由电势高的某处移向电势低的另一处时，电场力对电荷做正功，电荷做加速运动，减少的电势能转化为电荷的动能。,电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比叫做焦耳定律。,1.关于三条公式：（1）P=IU，（2）P=I2R，（3）P=U2/R，下列叙述正确的是：（ ）,A.公式（1）适用于任何电路的电热功率； B.公式（2）适用于任何电路的电热功率； C.公式（1）（2）（3）适用于任何电路电功率； D
10、.上述没有一个正确。,B,2.关于公式的适用条件，下列说法正确的是：（ ） （1）公式P=IU适用于计算任何电路的电功率； （2）公式P=I2R适用于计算任何电路的电功率； （3）公式P=I2R适用于计算任何电路的热功率； （4）公式P=U2/R适用于计算任何电路的热功率。,A.仅有（1） B.仅有（3） C.仅有（1）（3） D.仅有（2）（4）,C,3.用电器的电功率等于额定电功率时，加在用电器两端电压_用电器的额定电压（填“等于”、“不等于”），通过用电器的电流_用电器的额定电流。,等于,等于,1：2,2：1,5.不考虑温度对电阻的影响，一个“220V，40W”的灯泡，接在110V的线路
11、上的功率为多少，接在55V的线路上的功率又为多少？,一题多解,解法一：由P额=U2额/R，得：R=U2额/P额=2202/40=1210（）。 U实为110V时，P实=U实2/R=1102/1210=10（W）； U实为55V时， P实=U实2/R=552/1210=2.5（W）；,6.一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V时，电流为0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为2V时，电流为0.8A，且电动机正常工作。求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？,分析与解答,（1）电动机不转动时，在电路中起作用的只是电动机线圈的电阻，可视
12、为纯电阻电路，如甲图所示，由欧姆定律得电动机线圈内阻R=U/I=1 。,1.（2006年重庆，23）三只灯泡L1、L2和L3的额定电压分别为1.5V、1.5V和2.5V，它们的额定电流都为0.3A。若将它们连接成图甲、乙所示的电路，且灯泡正常发光， （1）试求 图甲电路的总电流和电阻R2消耗的电功率； （2）分别计算两点路电源提供的电功率，并说明哪个电路要节能。,甲,乙,答案：（1）0.9A 0.045W （2）2.7W 1.8W 图乙电路比图甲电路节能。,解析：（1）由题意，在图甲电路中： 电路的总电流I总=IL1+IL2+IL3=0.9A U路端=E-I总r=2.55V UR2=U路端-U
13、L3=0.05V IR2=I总=0.9A 电阻R2消耗功率PR2=IR2UR2=0.045W.,（2）图甲电源提供的电功率 图乙电源提供的电功率 由于灯泡都正常发光，两电路有用功率相等，而 所以图乙电路比图甲电路节能。,1.答：设电阻R1消耗的电功率为P1，电阻R2消耗的电功率为P2， （1）串联电路中各处电流相等，设电流为I，则电功率 P1=I2R1，P2=I2R2， P1 : P2 : = I2R1 : I2R2 : P1 : P2 : = R1 : R2 : 此式说明串联电路中各电阻消耗的电功率与其电阻成正比。,（2）并联电路中各电阻两端的电压相等，设电压为U，则有 P1=U2/R1，P
14、2=U2/R2， P1 : P2 : = 1/R1 : 1/R2 : 得证。 （3）因为串联电路总电压等于各部分电压之和，即U=U1+U2+ ，所以串联电路消耗的总功率P=UI=I（U1+U2+ ）=P1+P2+ ，得证。 （4）因为并联电路总电流等于各支路电流之和，即I=I1+I2+ ，所以并联电路消耗的总功率P=UI=U（I1+I2+ ）=P1+P2+ ,得证。,说明：本题不仅可以使学生知道串、并联电路中功率分配与电阻的关系，而且因为证明工程是知识整合、综合运用的过程，还可以培养学生思维的严密性。要注意对学生解题规范的要求，这里限于篇幅，没有给出（3）和（4）的规范解题格式。,2.答： （
15、1）接通S时，R1被短路，R2直接接在电源两端，电路消耗的电功率为P1=U2/R2。 当S断开时，R1、R2串联后接到电源上，电路消耗的电功率为P2=U2/（R1+R2）。 因为P1P2，所以接通S时，电饭锅处于加,3.答：根据灯泡的规格可以知道Ra=RcRb=Rd。电路可以看成是由a、bc并联部分和d三部分串联而成。由于电流相同，且并联部分的总电阻小于其中最小的电阻，所以PaPdPb+Pc。对于bc并联部分，由于电压相等，b的电阻小，因此PbPc。所以PaPdPbPc。,热状态，S断开时，电饭锅处于保温状态。 （2）加热时PR2=U2/R2，保温时 ，要使 ，必有 。,4.答： （1）当只有电炉A时， 所以UA=IRA=200V，PA=I2RA=400W。 （2）当在并联电炉B时，总电流 电炉上的电压为 每个电炉消耗的电功率为 说明：可以引导学生讨论为什么在傍晚用电高峰时，电灯比较昏暗，而夜深人静用电量较小时，,接上页,
