《高中物理选修3-1教案-知识讲解 电功和电热、焦耳定律、电阻定律 提高》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理选修3-1教案-知识讲解 电功和电热、焦耳定律、电阻定律 提高（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、三教上人（A+版-Applicable Achives）电功和电热、焦耳定律、电阻定律编稿：张金虎 审稿：李勇康 【学习目标】1理解电功、电功率以及焦耳热的计算公式，能够熟练地运用其进行计算；明确不同的电路中能的转化情况，能够区分电功和焦耳热的不同、电功率和热功率的不同。 2在非纯电阻电路中能的转化，电功和电热的区别以及一些功率的意义（如电源的总功率，发热功率，额定功率，实际功率等）。 3明确导体电阻的决定因素，能够从实验和理论的两个方面理解电阻定律，能够熟练地运用电阻定律进行计算。【要点梳理】要点一、 电功1电功的计算及单位（1）定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压、电路中的
2、电流、通电时间三者的乘积。（2）公式：.（3）单位：在国际单位制中功的单位是焦耳，符号为，常用的单位还有：千瓦时（），也称“度”，. 2电功计算公式所适用的电路（1）电功适用于任何电路。（2）在纯电阻电路中，由于，所以. 3电功实质及意义如图一段电路两端的电压为，通过的电流为，在时间内通过这段电路任一横截面的电荷量，则电场力做功即： （1）实质：电流通过一段电路所做的功，实质是电场力在这段电路中所做的功。（2）意义：电流做功的过程是电能转化为其它形式的能的过程，电流做了多少功，表明就有多少电能转化为其它形式的能，即电功是电能转化为其它形式的能的量度。要点二、 电功率 1电功率定义、公式及单位（
3、1）定义：单位时间内电流所做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段导体的电流的乘积。（2）公式：.（3）单位是瓦特，符号为（国际单位制），常用的还有千瓦（），. 2电功率计算公式所适用的电路（1）电功率适用于任何电路。（2）在纯电阻电路中，. 3电功率的意义（1）意义：电功率表示电流做功的快慢。（2）用电器的额定功率和实际功率额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压（或通以额定电流）时消耗的电功率。实际功率：用电器的实际工作时消耗的电功率。要点诠释：为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。 要点三、 焦耳定律 1焦耳定律：(1)1841年，英国物理学家焦
4、耳发现载流导体中产生的热量（称为焦耳热）与电流 的平方、导体的电阻、通电时间成正比，这个规律叫焦耳定律。 .焦耳定律是一个实验定律。它的适用范围很广，纯电阻电路、非纯电阻电路在计算电热时都用到它。(2)热功率：单位时间内导体的发热功率叫做热功率热功率等于通电导体中电流的二次方与导体电阻的乘积 .(3)电功率与热功率 对纯电阻电路，电功率等于热功率 即： .此时，可得 ,所以纯电阻电路也可以说是欧姆定律成立的电路对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和即： .此时，可得 ,所以，对非纯电阻电路欧姆定律不成立.2电热（1）电热：由于导体的电阻，使电流通过导体时消耗的电能中
5、转化为内能的那一部分能量叫电热。（2）内容：电流通过导体时产生的热量等于电流的平方、导体的电阻和通电时间的乘积。（3）公式：.（4）适用对象凡是要计算电热，都应首选，可求任何电路中电流通过电阻时所产生的热量。 3热功率的意义及计算（1）热功率：单位时间内发热的功率叫作热功率。热功率即电能转化为内能的功率， 即.（2）热功率计算当电路不是纯电阻电路时，电功用来计算，电热只能用进行计算，电功率用计算，热功率只能用计算。要点四、 电动机工作过程的能量转化 1电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能；电热器把电能转化为热能在真空中，电场力对电荷做
6、正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能 2.电动机的总功率（输入功率）：总.3. 电动机的热功率.4. 电动机的输出功率（机械功率）：.5. 电动机的效率：.要点诠释：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。要点五、电路中热功率的计算及注意事项1注意区别“负载”与电阻“负载”或“负荷”是对用电器功率特征的一种习惯称谓，通常说“负载”或“负荷”大，是指用电器的功率大，并不是用电器的“电阻大”，一般情况下，“负载”大的用电器电阻反而小，如“”与“
7、”的两个灯泡，后者的功率大但电阻较小。2.注意区别纯电阻电路与一般电路电路消耗的电能全部转化为电热（内能）的电路称为纯电阻电路，对纯电阻电路有：.电路消耗的电能并不完全转化为内能，还有一部分转化为其它形式的能（如机械能、化学能等），这种电路叫非纯电阻电路，如电动机、电解槽的电路等。对非纯电阻的电路有：，此时或，决不能乱套用公式。要点诠释：对非纯电阻电路计算电功率只能用，计算热功率只能用.要点六、 电阻定义及意义1导体电阻的定义及单位导体对电流的阻碍作用叫做导体的电阻，导体的电阻与导体本身性质有关，与电压、电流均无关。（1）定义：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比叫导体的电阻。（2）公式：.
8、（3）单位：欧姆（），常用单位还有千欧（）、兆欧（） 2物理意义反映导体对电流阻碍作用的大小。要点诠释：导体对电流的阻碍作用，是由于自由电荷在导体中做定向运动时，跟导体中的金属正离子或原子相碰撞发生的。电流流经导体时，导体两端出现电压降，同时将电能转化为内能。提供了测量电阻大小的方法，但导体对电流的这种阻碍作用是由导体本身性质决定的，与所加的电压，通过的电流均无关系，决不能错误地认为“导体的电阻与导体两端的电压成正比，与电流成反比。”对，因与成正比，所以.要点七、 电阻定律 1电阻定律的内容及适用对象（1）内容：同种材料制成的导体，其电阻与它的长度成正比，与它的横截面积成反比；导体电阻与构成它
9、的材料有关。（2）公式：.要点诠释：式中是沿电流方向导体的长度，是垂直电流方向的横截面积，是材料的电阻率。（3）适用条件：温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液。要点诠释：电阻定律是通过大量实验得出的规律，是电阻的决定式。导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，由导体本身的因素决定。 2电阻率的意义及特性（1）物理意义：电阻率是一个反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关。（2）大小：.要点诠释：各种材料的电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为，横截面积为的导体的电阻。（3）单位是欧姆米，符号为.（4）电阻率与温度的关系：各种材料的电阻率都随温度的变化而变
10、化。金属的电阻率随温度升高而增大，可用于制造电阻温度计。有些合金如锰铜、镍铜的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制作标准电阻。各种金属中，银的电阻率最小，其次是铜、铝，合金的电阻率大于组成它的任何一种纯金属的电阻率。【典型例题】类型一、纯电阻电路功率分配与计算例1.电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同如图所示为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝、和自动开关 （1）当自动开关闭合和断开时，用电器分别处于什么工作状态？（2）用电器由照明电路供电，设加热时用电器的电功率为，保温时用电器的电功率为，则和分别为多大？【答案】（1）闭合时为
11、加热状态，断开时为保温状态.（2）,.【解析】（1）由于是纯电阻电路，当开关闭合时，被短路，电路中只有，此时电器消耗的电功率为，断开时，故闭合时为加热状态，断开时为保温状态.（2）闭合时，由得.断开时，和串联，由得 .【总结升华】在纯电阻电路中，均适用，可以根据电路的连接情况灵活选择公式此题的难点是知道开关断开与闭合时电路的连接情况举一反三：【变式1】有两个标有“”和“”字样的灯泡，要把它们接在的电源上，灯泡即能正常发光，又能省电的连接方式应是图中的哪个？ 【答案】D【高清课堂：电功和电热、焦耳定律、电阻定律 例2】【变式2】把“”的灯和“”的灯串联起来接到的电路中，导线的电阻不计，则两灯（
12、）A电阻之比 B电压之比为C功率之比为 D电热之比为【答案】ACD类型二、识别纯电阻与非纯电阻电路例2.一台电风扇的额定功率是,内阻为，当它接在的电压下正常运转，求： （1）电风扇正常运转时，通过它的电流多大？每秒有多少电能转化为机械能？ （2）若接上电源后，电风扇因故不能转动，这时通过它的电流多大？电风扇实际消耗的电功率多大？此时可能会发生什么问题？【答案】（1）；，(2)；电风扇将被烧坏.【解析】（1）电风扇正常运转，消耗的功率为额定功率,所以 由能量守恒定律得 ,.所以 . (2)电风扇不转动，相当于纯电阻，由欧姆定律得：,所以 . 实际消耗电功率 .由于电风扇实际消耗的功率远大于其额定
13、功率，且电能全部转化为内能，电风扇将被烧坏.【总结升华】(1)正确识别纯电阻电路域非纯电阻电路。巧用能的转化与守恒定律是分析求解该类题目的关键.（2）不要认为有电机的电路一定是非纯电阻电路，当电动机不转动时，应视为纯电阻电路，欧姆定律仍适用.举一反三：【变式1】取一个玩具电动机，其内阻R1.0 ，额定电压为2.0V，把它接在如图所示的电路中:（1）先夹住电动机轴，闭合电键，电机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为0.5V，记下电流表的示数，求小电机消耗的电功率；（2）再松开夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为2.0V时，此时电流表的示数为0.4A，求小电机消耗的电
14、功率和热功率。 【答案】0.25W 0.16W【解析】（1）电机不转时电机相当于纯电阻，消耗的电功率为电热功率，流过电机的电流 电机的电功率或热功率 （2）当电机转动时，电热和电功不再相等电机的电功率 电机电阻的热功率 【总结升华】此题是非纯电阻电路，但电动机不转时，可视为纯电阻，这是本题的重要条件。【高清课堂：电功和电热、焦耳定律、电阻定律 例4】【变式2】例4、有一个直流电动机，把它接入电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是，若把电动机接入电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是求：（1）电动机正常工作时的输出功率多大?（2）如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大?【答案】(1) (2)【解析】（1）电动机在接入的电路时，电动机不转，测得电流是，可知此时电功就等于电热，根据欧姆定律，可求得线圈内阻当接入电压时，电流为，电动
