《高中物理 第二章 直流电路 第8讲 焦耳定律 电路中的能量转化学案 教科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第二章 直流电路 第8讲 焦耳定律 电路中的能量转化学案 教科版选修3-1（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8讲 焦耳定律 电路中的能量转化目标定位1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.弄清电功与电热、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.4.明确闭合电路中的功率及能量转化一、电功和电功率1电功(1)定义：电场力移动电荷所做的功(2)定义式：WUIt.(3)单位：国际单位制：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电功率电流所做的功与做这些功所用时间的比值(1)定义：单位时间内电流所做的功(2)公式：PIU(3)单位：国际单位制：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
2、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
3、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二、焦耳定律热功率1焦耳定律：(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比(2)表达式：QI2Rt(3)焦耳热：电流通过电阻而产生的热量(4)适用条件：任何电路2热功率(1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值，即单位时间内电阻通电所产生的热量(2)表达式：P热I2R(3)适用条件：任何电路深度思考电风扇、电冰箱消耗的电
4、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2一台电动机，额定电压为100 V，电阻为1 .正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为()A500 W B25 WC1 000 W D475 W解析电动机的热功率P热I2r521 W25 W，B正确，A、C、D错误答案B三、电路中的能量转化1电源是将其他形式的能转化为电能的装置，电源转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和，即：IEIUI2r2纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电
5、路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不成立例3如图1所示的电路中，电源电压为60 V，内阻不计，电阻R2 ，电动机的内阻R01.6 ，电压表的示数为50 V，电动机正常工作，求电动机的输出功率图1解析电动机正常工作时，电动机两端的电压U050 V，此时通过电路中的电流：I5 A，电动机的输出功率P出U0II2R0210 W.答案210 W电动机的功率电动机的总功率(输入功率)：P入UI电动机的热功率P热I2r.电动机的输出功率(机械功率)：P
6、出UII2r电动机的效率：1.说明：注意区分电动机的几种功率，从能量守恒角度去分析和考虑电动机问题例4如图2所示的电路中，电源电动势E10 V，内阻r0.5 ，电动机的电阻R01.0 ，定值电阻R11.5 .电动机正常工作时，电压表的示数U13.0 V，求：图2(1)电源释放的电功率；(2)电动机消耗的电功率及将电能转化为机械能的功率；(3)电源的输出功率解析(1)电动机正常工作时，总电流为I A2 A，电源释放的电功率为P释EI102 W20 W.(2)电动机两端的电压为UEIrU1(1020.53.0)V6 V.电动机消耗的电功率为：P电UI62 W12 W.电动机消耗的热功率为：P热I2
7、R0221.0 W4 W.根据能量守恒得P机P电P热(124)W8 W.(3)电源的输出功率为P出P释P内P释I2r(20220.5)W18 W.答案(1)20 W(2)12 W8 W(3)18 W1(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2UIR甲，U乙U2IR乙，得R
8、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()A4Q B2QC. 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100 V，电阻为1 .正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为()A500 W B25 W C1 000 W D475 W答案B解析电动机的热功率P热I2r521 W25 W，B正确，A、C、D错误4(闭合电路中的能量转化)如图4所示，电源电动势E30 V，内阻r1 ，
9、灯泡上标有“6 V12 W”字样，直流电动机线圈电阻R2 ，若灯泡恰好能正常发光，求电动机输出的机械功率图4答案36 W解析因灯泡正常发光，所以I A2 AU内Ir21 V2 V所以电动机两端电压为UMEU内U30 V2 V6 V22 V电动机输出的机械功率为P机UMII2R222 W222 W36 W.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“100
10、 10 W”和“20 40 W”，则它们的额定电流之比为()A.5 B.20 C.10 D12 000答案C解析由公式PI2R得：I ，所以I1I210.3电压都是110 V，额定功率PA100 W，PB40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V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RARB，所以UBUA，且有UB110 V，B灯被烧毁，UA110 V，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，
11、B灯被烧毁对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，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UAUB110 V，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)110 V，而D电路中变阻器功率为(IAIB)110 V，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RARBC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
12、；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用稳压电源和三根电阻丝R1、R2、R3来加热一桶水，三根电阻丝采用如图所示的几种连接方式，则供热最快的是()答案B解析A选项总电阻为R1R2R3，B选项的总电阻小于R1、R2、R3三个电阻的任何一个电阻，C选项的总电阻大于R3，D选项的总电阻大于R1，可知B选项的总电阻最小，根据P知，电功率最大，供热最快故B正确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
13、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额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间比较它们产生的热量，结果是()A电风扇最多 B电烙铁最多C日光灯最多 D一样多答案B解析在三种用电器中，只有电烙铁能将电能全部转化为内能，电风扇将部分电能转化为机械能，日光灯将部分电能转化为光能，故B选项正确8有一内阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A电解槽消耗的电功率为120 WB电解槽消耗的电功率为60 WC电解槽的发热功率为60 WD电路消耗的总功率为60 W答案B解析灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且流过电解槽的电流II灯 A A，则电解槽消耗的电功率PIUP灯60 W，A选项错误，B选项正确；电解槽的发热功率P热I2r1.3 W，C选项错误；电路消耗的总功率P总IU总220 W120 W，D选项错误9(多选)如图1所示，电阻R120 ，电动机线圈的电阻R210
