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1、5 焦耳定律课标解读1.理解电功的概念,知道电功是指静电力对自由电荷所做的功,掌握电功的公式并能进行有关运算.2.理解电功率的概念和公式,并能进行有关运算.3.知道电功率和热功率的区别与联系,能区分电功和电热.课前思考1.在日常生活中,经常会用到家用小电器,例如电吹风、电熨斗等,它们都会分为几挡,像电吹风可以吹凉风、暖风和热风;电熨斗可以熨丝绸、棉、麻等不同的衣物.你知道它们的变挡原理吗?答案：每一挡接入电路中的用电成分都不同,例如电吹风在吹凉风时只有电动机接入电路,吹热风时又并联了一个电热丝,因此调挡位实质上就是调节接入电路中的不同部分.2.将两个分别标有“220 V 30 W”和“220
2、V 100 W”的灯泡分别并联和串联在电路中,你会发现什么现象?能解释这个现象吗?答案：并联时,灯泡两端的电压都是220 V,正常发光,“220 V 100 W”的比“220 V 30 W”的要亮；串联时,由于“220 V 30 W”的电阻比“220 V 100 W”的电阻大,分得的电压也大,所以比较亮.这种情况不在额定电压下,不属于正常工作.自主研学1.电功:电流做功,就是导体中的_对_的静电力在做功,驱动自由电荷做定向移动,其结果是电荷的_减少,而其他形式的能增加.电流做的功简称电功.计算公式:用W表示电功,_,表示电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电流I、通电时间t三者的
3、乘积.单位有:焦耳(J)、千瓦时(kWh),也叫度.在纯电阻电路中电功的公式还有:W=I2Rt=.2.电功率:单位时间内电流所做的功叫做_.计算公式:用P表示功率,P=_,表示电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压的乘积.单位有:瓦特(W)、千瓦(kW).纯电阻电路中公式可以为:P=I2R=.3.焦耳定律:电流通过_电路做功时,电能全部转化为导体的内能,用Q表示内能.电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的_成正比,跟导体的电阻成_比,跟通电时间成_比,这一规律叫做焦耳定律,公式表示为: _.在纯电阻电路中还可以写成:Q=U2Rt.焦耳定律是电流热效应的实验规律,凡计算电热都
4、要用该规律.4.电热功率:电热功率是描述电流做功产生电热的_程度的物理量,公式:P=I2R.三点剖析1.对电功的理解应注意以下几点:(1)电路中保持持续电流的过程,就是电场力移动自由电荷不断做功的过程.电场力做了多少功(也说电流做了多少功),就有多少电能转化为其他形式的能.如电炉、白炽灯工作就是电能转化为内能,电动机工作就是电能转化为机械能.(2)电功与电热的关系 电功是从电场理论出发的概念,是减少的电势能的量度,因此不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路,W=UIt(P=UI)都是成立的.电热是电流流经电路时,在电路中引起的发热现象,是被电功所转换的电势能中的一部分,焦耳定律是由实验总结出来的,专
5、门计算电热: Q=I2Rt(P内=I2R) 对于非纯电阻电路,消耗的电能一部分转化为内能,一部分转化为其他形式的能,即UIt=I2Rt(电热)+其他形式的能,因此,P=UII2R. 只有在纯电阻电路中,才有W=UIt=I2Rt=. 总之,用UIt来计算电功,在任何条件下都是可以的,用I2Rt来计算电热,在任何情况下也都是可以的,但要使UIt=I2Rt=,就只有在纯电阻电路中才行.2.额定功率和实际功率 用电器正常工作时所消耗的功率叫额定功率.当用电器两端电压达到额定电压U额时,电流达到额定电流I额,电功率也达到额定功率P额,且P额=U额I额.对于纯电阻用电器,P额=I额2R=U额2/R.如果加
6、在用电器两端的电压小于额定电压时,用电器所消耗的功率(实际功率)就小于额定功率.灯泡的亮度是由其实际消耗的电功率决定的,实际功率不能长时间超过额定功率.精题精讲例1 直流电动机线圈的电阻为R,当电动机正常工作时,通过的电流为I,电机两端电压是U,则电动机的热功率为_,消耗的功率为_,对外输出机械功率为_.思路解析 此电路不是纯电阻电路,所以I=不再适用,电热功率只能写成I2R,消耗电能总功率只能写成IU. 由能量守恒得机械功率为(IU-I2R).答案：I2R IU IU-I2R黑色陷阱 在非纯电阻电路中,电流做的功并没有完全把电能转变成内能,在高中阶段认识的非纯电阻电路有含电动机的电路和含有电
7、解槽的电路.图2-5-1例2 某一用直流电动机提升重物的装置,如图2-5-1所示,重物质量m=50 kg,电源的电压为U=110 V,不计电源内阻及各处摩擦,当电动机以v=0.90 m/s的恒定速度向上提升重物时,电阻中的电流I=5 A,由此可知电动机的线圈的电阻R为多少?思路解析 电动机消耗的总能量一部分用于提升重物的机械能,一部分消耗在电动机线圈电阻发热上.P电=P机+P热,其中P电=IU,P机=mgv,P热=I2R,所以有IU=mgv+I2R 所以R=4.4 .答案：4.4 黑色陷阱 在非纯电阻电路中不能使用欧姆定律,即R.例3 一根电阻丝,在通过2 C的电荷量时电功为8 J,若在相同的
8、时间内通过4 C的电荷量,求电阻丝上的电流做的功和所加的电压分别是多少?思路解析 设电阻丝的电阻为R,据W=UIt=Uq得:8=U12,所以U1=4 V 在相同时间内通过的电荷量变为原来的2倍. 据I=知,I2=2I1,又据欧姆定律I=得U2=2U1=8 V. 电流做的功W2=U2I2t=4W1=48 J=32 J.答案：32 J 8 V绿色通道 要熟练掌握以下几个公式,并理解它们的意义和关系:电功W=qU=Uit 电流I= 欧姆定律I= 其中式为计算电功的普遍公式;式为电流的定义式,普遍适用;式只适用于纯电阻电路.例4 规格为“220 V 36 W”的排气扇,线圈电阻为40 ,求:(1)接上
9、220 V电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;(2)如果接上电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率.思路解析(1)排气扇在220 V电压下正常工作电流I= A=0.16 A 发热功率P热=I2R=(0.16)240 W=1 W 转化为机械能的功率P机=P-P热=(36-1) W=35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后,电机相当于纯电阻,电能全部转化为热能,此时通过排气扇电流I= A=5.5 A 电机消耗的功率等于发热功率P=P热=IU=5.5220 W=1 210 W 由于发热量很大,将很快烧坏电动机线圈.答案：(1)P热=1 W P机=35 W(2)P机=P热=1 210 W,电机将被烧坏绿色通道 电机被卡住不能转动,电能不再转化为机械能,完全转化成内能.1
