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1、1第第 8 8 讲讲 焦耳定律焦耳定律 电路中的能量电路中的能量转化转化目标定位 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：P IUW t(3)单位：国际单位制：瓦特，符号：W(4)物理意
2、义：表示电流做功的快慢(5)适用条件：任何电路2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U2 R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
3、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，4U 3R2R2U R2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U R2A 错误；两个电阻消耗的总功率PUI4U12P1，故 D 正确U R2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
4、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3(2)表达式：P热 I2RQ t(3)适用条件：任何电路深度思考电风扇、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4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
5、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路能量转化情况电功和电热的关系WQ即IUtI2RttU2 RWQE其他UItI2RtE其他电功率和热功率的关系PP热，即IUI2RU2 RPP热P其他即IUtI2RP其他欧姆定律是否成立UIR I 成立U RUIR I 不成立U R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5图 1解析 电动机正常工作时，电动机两
6、端的电压U050 V，此时通过电路中的电流：I U R5 A，电动机的输出功率P出U0II2R0210 W.EU0 R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出UII2r电动机的效率：1.P出 P入UII2r UIIr U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
7、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U1 R13.0 1.5EI102 W20 W.(2)电动机两端的电压为UEIrU1(1020.53.0)V6 V.6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I2R0221.0 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 W 8 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
8、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( )I 2A4Q B2QC. D.Q 2Q 4答案 C7解析 根据QI2Rt得，电阻变为原来的 2 倍，电流变为原来的
9、，时间不变，则热量变为1 2原来的 ，C 正确1 23(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 ，灯泡上标有“6 V 12 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 AP U12 6U内Ir21 V
10、2 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8C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 W”和“20 40 W” ，则它们的额定电流之比为( )A.5 B.20 C.10 D12 0005105答案 C解析 由公式PI2R得：I ，所以I1I2
11、10.P R53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.U2 R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，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
12、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( )9A两灯正常发光时，灯泡的电流IAIBB两灯电阻RARB，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1 R5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
13、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U2 R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( )U2 RW tA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W tU
14、2 R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U2 R7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10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 V 60 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( )
15、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60 1106 11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 6 11W120 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 .当开关断开时，电流表的示数是 0.5 A，当开关闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是 ( )图 1AI1.5 A BI1.5 ACP15 W DP15 W答案 BD解析 电路两端的电压为：UI1R10.5 A20 10 V电动机是非纯电阻用电器，UI2I
