《高中物理 第二章 恒定电流 第6讲 焦耳定律学案 新人教版选修3-1》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理 第二章 恒定电流 第6讲 焦耳定律学案 新人教版选修3-1(11页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、焦耳定律目标定位1.理解电功、电功率的概念,并能利用公式进行有关计算.2.理解电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别一、电功和电功率1电功(1)定义:电流在一段电路中所做的功(2)定义式:WIUt.(3)单位:焦耳,符号:J.(4)实质:电能转化为其他形式的能(5)适用条件:任何电路2电功率(1)定义:单位时间内电流所做的功(2)公式:PIU.(3)单位:瓦特,符号:W.(4)物理意义:表示电流做功的快慢(5)适用条件:任何电路深度思考(1)两个电阻串联,功率和电阻存在什么关系?(2)两个电阻并联,功率和电阻存在什么关系?答案(1)由PI2R知,串
2、联电阻的功率与电阻成正比(2)由P知,并联电阻的功率与电阻成反比例1将两个定值电阻R1、R2并联在电压为U的电源两端,R1消耗的功率为P1,R2消耗的功率为3P1,当把它们串联在电压为4U的电源两端时,下列说法正确的是()AR1两端的电压为UBR2消耗的功率变小C通过R2的电流变小D两个电阻消耗的总功率为12P1解析当R1、R2并联在电压为U的电源两端时,两电阻两端的电压为U,根据PIU,功率之比等于电流之比,根据并联电路电流和电阻的关系,可知:R13R2;当把它们串联在电压为4U的电源两端时,电路中的电流I,故通过R2的电流不变,电压不变,所以R2的电功率不变,仍为3P1,故B、C错误;R1
3、两端的电压U1IR13R23U,故A错误;两个电阻消耗的总功率PUI4U12P1,故D正确答案D例2A、B为“220V100W”的两盏相同的灯泡,C、D为“220V40W”的两盏相同灯泡,A、B灯的电阻为_;C、D电阻为_.现将四盏灯泡接成如图1所示电路,并将两端接入电路,各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD,则实际功率的大小顺序是_图1解析由PIU和I,得R则:RARB484,RCRD1210;由电路图可知,B、C并联,所以电压相等,根据P可知:PBPC,A、D串联,电流相等,由PIU和UIR,得PI2R可知,PDPA;A、D的电流大于B、C的电流,根据PI2R可知:PAPB,PDPC;
4、所以PDPAPBPC.答案4841210PDPAPBPC(1)额定功率:用电器正常工作时所消耗的功率,也是用电器两端电压为额定电压(或通过的电流为额定电流)时消耗的电功率.用电器铭牌上所标的功率即为额定功率.(2)实际功率:用电器实际工作时消耗的电功率.为了保证用电器不被损坏,要求实际功率不能大于其额定功率.二、焦耳定律1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,跟导体的电阻及通电时间成正比(2)表达式:QI2Rt.(3)适用条件:任何电路2热功率(1)定义:单位时间内的发热量(2)表达式:PI2R.(3)适用条件:任何电路3纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路
5、能量转化情况电功和电热的关系WQ即IUtI2RttWQE其他UItI2RtE其他电功率和热功率的关系PP热,即IUI2RPP热P其他即IUtI2RP其他欧姆定律是否成立UIRI成立UIRI不成立深度思考电风扇、电冰箱消耗的电能等于I2Rt吗?电风扇、电冰箱消耗的电能转化成什么形式的能量?答案不等于;电风扇、电冰箱消耗电能没有全部转化为热能,有大部分转化为机械能,小部分转化为电热例3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BWIUt适用于任何电路,而WI2Rtt只适用于纯电阻电路C在非纯电阻电路中,IUI2RD焦耳热QI2Rt适用于
6、任何电路解析电功率公式P,表示电功率越大,电流做功越快对于一段电路,有PIU,I,焦耳热Q()2Rt,可见Q与P、U、t都有关,所以P越大,Q不一定越大,A错WIUt是电功的定义式,适用于任何电路,而I只适用于纯电阻电路,B对在非纯电阻电路中,电流做的功焦耳热其他形式的能,所以WQ,即IUI2R,C对QI2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路,D对答案BCD例4在研究微型电动机的性能时,可采用如图2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;当重新调节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20A和15.0V则有关这台电动机
7、正常运转时的说法正确的是()图2A电动机的内阻为7.5B电动机的内电阻发热功率为8.0WC电动机的输出功率为30WD电动机的效率约为27%解析当电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V时,电动机停止工作,电路中只有电动机的内阻消耗电能,其阻值r 2.0 ,选项A错误;电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V,则电动机的内电阻发热功率,P热Ir2.022 W8.0 W,选项B正确;电动机的总功率P总U2I215.0 V2.0 A30.0 W,所以电动机的输出功率P输出P总P热30.0 W8.0 W22.0 W,选项C错误;电动机的效率100%73.3%,选
8、项D错误答案B电动机的功率和效率电动机的总功率(输入功率):P入IU.电动机的热功率P热I2r.电动机的输出功率(机械功率):P出IUI2r.电动机的效率:1.说明:注意区分电动机的几种功率,从能量守恒角度分析和考虑电动机问题.1(电功和电功率)(多选)如图3所示,把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后,灯泡都正常发光,且两个电路的总功率相等则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法,正确的是()图3AU甲2U乙BU甲2U乙CR甲4R乙DR甲2R乙答案BC解析设灯泡的电阻为R,正常发光时电流为I,电压为U,由于两个电路的总功率相等,PU甲IU乙2I,得U甲2U乙;又由U甲2UI
9、R甲,U乙U2IR乙,得R甲4R乙,故正确答案为B、C.2(焦耳定律)通过电阻R的电流为I时,在t时间内产生的热量为Q,若电阻为2R,电流为,则在时间t内产生的热量为()A4QB2QC.D.答案C解析根据QI2Rt得,电阻变为原来的2倍,电流变为原来的,时间不变,则热量变为原来的,C正确3(焦耳定律和热功率)一台电动机,额定电压为100V,电阻为1.正常工作时,通过的电流为5A,则电动机因发热损失的功率为()A500WB25WC1000WD475W答案B解析电动机的热功率PI2r521W25W,B正确,A、C、D错误4(非纯电阻电路的特点及有关计算)如图4所示是一直流电动机工作时的电路图电动机
10、内阻r0.8,电路中另一电阻R10,直流电压U160V,电压表示数UV110V试求:图4(1)通过电动机的电流;(2)输入电动机的总功率;(3)电动机输出的机械功率答案(1)5A(2)550W(3)530W解析(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压URUUV(160110) V50V通过电阻R的电流IRA5A即通过电动机的电流IMIR5A.(2)电动机的分压UMUV110V输入电动机的总功率P总IMUM550W.(3)电动机的热功率P热Ir20W电动机输出的机械功率P出P总P热530W题组一对电功、电功率的理解和计算1(多选)关于电功,下列说法中正确的有()A电功的实质是静电力所做的功B电功
11、是电能转化为其他形式能的量度C静电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答案AB2两个精制电阻,用锰铜电阻丝绕制而成,电阻上分别标有“10010W”和“2040W”,则它们的额定电流之比为()A.5B.20C.10D12000答案C解析由公式PI2R得:I,所以I1I210.3电压都是110V,额定功率PA100W,PB40W的灯泡两盏,若接在电压为220V的电路上,使两盏灯泡均能正常发光,且消耗功率最小的电路是()答案C解析判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流,对灯泡有PIU,可知RARB.对于A电路,由于RAR
12、B,所以UBUA,且有UB110V,B灯被烧毁,UA110V,A灯不能正常发光对于B电路,由于RBRA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UBU并,B灯烧毁对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UAUB110V,两灯可以正常发光对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UAUB110V,两灯可以正常发光比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IAIB)110V,而D电路中变阻器功率为(IAIB)110V,所以C电路消耗电功率最小4两盏额定功率相同的灯泡A和B,其额定电压UAUB,则下列说法正确的是()A两灯正常发光时,灯泡的电流IAIBB两灯电阻RAR
13、BC将两灯串联后接入电路中发光时,则灯泡的功率PAPBD将两灯并联后接入电路中发光时,则灯泡的功率PARB,由PIU可知额定电流IAPB,故C错误;两灯并联后,由并联电路的功率分配关系可知P,所以PAPB,故D正确5如图1为一种服务型机器人,其额定功率为48 W,额定工作电压为24 V,机器人的锂电池容量为20 Ah.则机器人()图1A额定工作电流为20 AB充满电后最长工作时间为2 hC电池充满电后总电量为7.2104 CD以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J答案C解析由PIU知额定电流I2 A,选项A错误;充满电后,锂电池容量为20 Ah,最长工作时间t10 h,选项B错误;电池充满电后总电量QIt203 600 C7.2104 C,选项C正确;以额定电流工作时每秒消耗能量WIUt48 J,D错误题组二焦耳定律的理解非纯电阻电路计算6(多选)关于四个公式PIU;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的计算B公式适用于任何电路的热功率的计算C公式适用于任何电路电功率的计算D以上均不正确答案AB解析PIU、P适用于任何电路的电功率的计算,而PI2R、P只适用于纯电阻电路的电功率的计算,故A正确,C、D错误PI2R适用于任何电路的热功率的计算,PIU、P只适用于纯电阻电路的热功率的计算,故B正确7额