2018-2019学年高中物理 第二章 恒定电流 第5节 焦耳定律课件 新人教版选修3-1.ppt

第5节焦耳定律,【学习目标】1.理解电功、电功率的概念,知道电流做功的实质.2.能从能量守恒角度理解焦耳定律.3.理解电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.4.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别,并能利用公式进行有关计算.,基础知识,核心要点,学习效果,核心素养,基础知识探究,教材探究,知识点一,电功和电功率,【问题导学】,如图所示,已知电路两端的电势差为U,电路中的电流为I,在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右端,静电力做功是多少?,答案:ItIUt,【知识梳理】,两端的电压,电路中,的电流,通电时间,时间,IUt,UI,焦耳,J,瓦特,W,知识点二,焦耳定律和热功率,【问题导学】,(1)在含有白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅的电路中,消耗的电能转化为什么形式的能?(2)在含有电动机、电解槽的电路中,消耗的电能转化为什么形式的能?,答案:(1)内能(2)在含有电动机的电路中消耗的电能转化为内能和机械能,在含有电解槽的电路中消耗的电能转化为内能和化学能.,1.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟成正比,跟导体的及成正比.(2)表达式:Q=.2.热功率(1)定义:内的发热量.(2)表达式:P=.(3)物理意义:表示电流发热快慢的物理量.,电流的二次方,【知识梳理】,电阻,通电时间,I2Rt,单位时间,I2R,3.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的.(2)非纯电阻电路:含有或的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中,电流做的功将电能除了转化为内能外,还转化为.或.,内能,电动机,电解槽,机械能,化学能,思考判断,1.电功W=UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.()2.电功率越大,表示电流做功越多.()3.电热Q=I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.()4.电功一定等于电热.()5.电动机消耗了电能,一部分转化为机械能,一部分转化为线圈内阻上的电热.(),核心要点突破,要点一,电功、电热的比较,1.W=UIt是电功的计算式,P电=UI是电功率的计算式,适用于任何电路.2.Q=I2Rt是电热的计算式,可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量,P热=I2R是热功率的计算式,可以计算任何电路的热功率.3.只有在纯电阻电路中才有电功等于电热,即W=Q,P电=P热;而在非纯电阻电路中电功大于电热,即W>Q,P电>P热.,【例1】(2018贵州贵阳市花溪清华中学高二测试)(多选)一个电阻接到某电路后,消耗的功率为110W,通过3C的电荷量时,有330J的电能转化为内能,则()A.电阻所加电压为330VB.通过电阻的电流为1AC.电阻通电时间为3sD.这个电阻的阻值为110,思维导图,答案:BCD,【针对训练1】(2018广东肇庆市高二检测)关于电功W和电热Q的说法正确的是()A.在任何电路中都有W=UIt,Q=I2Rt,且W=QB.在任何电路中都有W=UIt,Q=I2Rt,但W不一定等于QC.W=UIt,Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D.W=UIt在任何电路中都成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中才成立,B,解析:W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路,Q=I2Rt是焦耳热的定义式,也适用于任何电路,如果是纯电阻电路W=Q,在非纯电阻电路中W>Q,B对,A,C,D错.,要点二,纯电阻电路中电功率的分析与计算,(3)无论是串联还是并联电路,电路消耗的总功率均等于各电阻消耗的功率之和.,4.额定功率和实际功率的比较,状元心得,1)求解串、并联电路中的功率分配问题,比例法求解会使问题简化,但一定要确定是正比还是反比关系.2)当分析用电器的功率问题时,一定要注意用电器的安全,即不要超过用电器的额定电压、额定电流.,【例2】(2018河南安阳市三十六中学高二期中)额定电压都是110V,额定功率PA=100W,PB=40W的电灯两盏,若接在电压是220V的电路上,使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗功率最小的电路是(),思路探究(1)要使两盏电灯均正常发光,则灯泡两端的电压一定是多少?(2)电路的总电压为220V,消耗总功率最小的电路其总电流在四种情况中有什么要求?答案:(1)220V(2)总电流最小.解析:对灯泡有P=UI=,可知RAUA,且有UB>110V,B灯被烧毁,故选项A错误.对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,B灯被烧毁,故选项B错误.对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110V,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UA=UB=110V,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(IA-IB)110,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)110,所以C电路消耗电功率最小,故选项C正确.答案:C,方法总结,纯电阻电路中求解功率的技巧在纯电阻电路中,比较用电器的电功率时,要根据已知条件灵活选用公式,如:(1)用电器电流相同时,用P=I2R比较;(2)若电压相同时,用P=比较;(3)若电阻相同时,可根据I或U的关系比较.,【针对训练2】(2018甘肃武威十六中高二期中)饮水机是一种常见的家用电器,其工作电路可简化为如图所示的电路,其中S是一温度控制开关,当水温升高到一定温度时,它会自动切换,使饮水机处于保温状态;R0是饮水机加热管的电阻,R是与加热管串联的电阻.下表是从其说明书中摘录的一些技术数据.(不考虑R0,R的电阻受温度变化的影响,表中的功率均指加热管的功率),当开关S闭合时,饮水机处于何工作状态和R0的阻值为(),B,A.加热,220B.加热,90C.保温,90D.保温,220,要点三,非纯电阻电路中电功率的分析与计算,2.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率指电动机消耗的总功率:P入=UI.(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率,P热=I2r.(3)电动机的输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率,P出=IU-I2r.,状元心得,纯电阻电路与非纯电阻电路的电功率计算公式比较,【例3】(2018江西抚州二中高二月考)规格为“220V36W”的排气扇,线圈电阻为40,求:(1)接上220V的电压后,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.,思路探究(1)排气扇正常工作时为非纯电阻电路还是纯电阻电路?(2)排气扇被卡住时为非纯电阻电路还是纯电阻电路?答案:(1)非纯电阻电路.(2)纯电阻电路.,答案:(1)35W1W(2)1210W1210W,方法总结,电功和电热、电功率和热功率的计算不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都用W=UIt,功率均用P=UI,热量都用Q=I2Rt,热功率均用P=I2R,其他变形只用于纯电阻电路.,【针对训练3】(2018福建莆田市二十五中高二期中)如图所示,有一内电阻为4.4的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V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120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W,C,学习效果检测,1.(多选)对任何类型的用电器计算电功率适用的是(),CD,2.(2018长沙雅礼中学高二测试)(多选)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B.W=UIt适用于任何电路,而W=t只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,UI>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路,BCD,3.(2018哈尔滨市双城三中高二期中)电阻R和电动机M串联接到电路中,如图所示,已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等,开关接通后,电动机正常工作.设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过R做功为W1,产生的热量为Q1,电流通过电动机做功为W2,产生的热量为Q2,则有()A.U1Q2D.W1<W2,Q1IR=U1,B错误;电流做的功W1=U1It,W2=U2It,故W1<W2,C错误;产生的热量由Q=I2Rt可判断Q1=Q2,A正确,D错误.,4.如图所示,电源电压8V,闭合开关后,电流表A1的示数为0.2A,电流表A的示数为0.3A.试求:(1)R1的电功率;(2)1min内R2消耗的电能.,解析:由电路图可知I1=0.2A,I2=0.3A-0.2A=0.1A,(1)P1=UI1=80.2W=1.6W.(2)Q=W=UI2t=80.160J=48J.答案:(1)1.6W(2)48J,核心素养提升,(教师备用),【方法拓展】能量守恒在电路中的应用1.电动机是非纯电阻用电器,要注意区分电功率和热功率,电功率用P总=UI计算,热功率P热=I2R,机械功率P机=P总-P热.2.注意搞清电动机电路中的能量转化关系,用能量守恒定律来分析问题.,学长经验分享,【以例示法】(2018湖北恩施市一中高二测试)某一直流电动机提升重物的装置如图所示,重物的质量m=50kg,电源提供的电压U=110V,不计一切摩擦.当电动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流I=5.0A,求:,(1)由此可知电动机线圈的电阻R是多少?(2)用此电动机提升质量为m=20kg的重物,电动机的输入功率不变,提升速度是多少?(g取10m/s2),答案:(1)4.0(2)2.25m/s,【科学技术社会环境】,氙气灯大灯氙气灯被大批量使用到汽车上,其发光原理是通过启动器和电子镇流器,将电压提高至23000V以上高压击穿氙气从而导致氙气在两个电极之间形成电弧并发光.由于氙灯是采用高压电流激活氙气而形成的一束电弧光,可在两电极之间持续放电发光.氙气灯光有更舒适的视觉感受,大大减轻了驾驶时眼睛的疲劳度.拥有超长及超广角的视野,亮光区域是传统卤素灯的2.5倍,能充分提供让您在高速或崎岖坎坷道路上行驶的宽广视野与安全.,示例:很多轿车为了改善夜间行驶的照明问题,在车灯的设计上选择了氙气灯,因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍,但是耗电量仅是普通灯的一半,氙气灯使用寿命则是普通灯的5倍,很多车主会选择含有氙气灯的汽车.若用12V,10000mAh的锂电池给“12V,30W”的氙气灯供电,则氙气灯能持续亮多久?,答案:4h,