2018-2019学年高中物理 第二章 恒定电流 2.5 焦耳定律课件 新人教版选修3-1.ppt

5 焦 耳 定 律,【自主预习】 1.电功： (1)物理意义：表示_转化为其他形式能的多少。 (2)定义：在一段电路中_所做的功，也就是 _所做的功。,电能,电场力,电流,(3)实质：导体中的恒定电场通过静电力对自由电荷做 功，通过电流做功把电能转化为_。 (4)公式：_。单位：_。,其他形式的能,W=IUt,焦耳(J),2.电功率： (1)物理意义：表示电流做功_的物理量。 (2)定义：_电流所做的功。 (3)公式：P=_。单位：_(W)。,快慢,单位时间内,IU,瓦特,3.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)公式：Q=_。 (3)热功率：_的发热量，P=_,电流的二次方,电阻,通电时间,I2Rt,单位时间内,I2R,【预习小测】 1.(多选)关于功率的三个公式P=UI，P=I2R，P= 的适用范围，以下说法正确的是( ),A.第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率 B.在纯电阻电路中，三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率 C.在非纯电阻电路中，第一个公式可用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义 D.由U=IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P既是电功率，也是热功率,【解析】选B、C。公式P=UI适用于任何电路，P=I2R适 用于任何情况下求热功率，公式P= 只适用于纯电阻 电路，故B、C对，A、D错。,2.通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为 Q；若电阻为2R，电流为 时，则在时间t内产生的热 量为( ) A.4Q B.2Q C. D.,【解析】选C。由焦耳定律知：Q=I2Rt， Q= 2Rt= ，故C对。,主题一 电功 电功率 【互动探究】 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，像电吹风可以吹暖风和热风，电熨斗的不同档位可以熨烫不同材质的衣物。它们都是通过电流做功把电能转化为内能的。 (1)电流做功的实质是什么？,提示：导体中的恒定电场通过静电力对自由电荷做功，通过电流做功把电能转化为其他形式的能。,(2)不同的用电器功率不同，功率越大的用电器所做的功一定越多吗？ 提示：不一定，功率是描述做功快慢的物理量，功率越大的用电器在相同时间内做的功越多。,(3)电流通过用电器时，电流做功越多，说明用电器的电功率越大，这种说法正确吗？ 提示：不正确。电功率等于电流所做的功跟所用时间的比值，即电流做功的快慢，所以电流做功多，用电器的电功率不一定大。,(4)由问题(1)、(2)可知电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”有何关系？ 提示：电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。电流做功的快慢用电功率表示，电流做功的多少用电功表示。电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关。,【探究总结】电功、电功率的辨析 (1)电功的大小量度了电能的变化量，标志着电能转化为其他形式能的多少。 (2)电功率表示电流做功的“快慢”，与电流做功的“多少”意义不相同。电功不仅与电功率有关，还与时间有关。,【拓展延伸】用电器的额定功率和实际功率 (1)额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器在额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。P额、I额、U额三个量中一个达到额定值，另外两个也达到额定值。,(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率。灯泡的亮度取决于实际功率，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。,【典例示范】 一只标有“110V 10W”字样的灯泡(灯泡电阻不变)： (1)它的电阻是多大？ (2)它正常工作时的电流多大？ (3)如果接在100V的电路中，它的实际功率多大？ (4)它正常工作多少时间消耗1kWh的电能？,【解析】本题考查电功和电功率的理解和计算。 (1)灯泡的电阻R= =1 210。 (2)它正常工作时的电流 I额= 0.09A。,(3)因灯泡电阻不变，由P= 得 P实P额= P实= P额= 10W8.3W。 (4)1kWh=3.6106J，由W=Pt得 t= =3.6105s=100h。 答案：(1)1 210 (2)0.09A (3)8.3W (4)100h,【探究训练】 一根电阻丝在通过2C的电荷量时电流所做的功为8J，若在相同的时间内通过4C的电荷量，求： (1)电阻丝上的电流所做的功。 (2)电流做功的功率是原来的几倍。,【解题指南】解答本题应明确以下两点： (1)注意电荷量q=It及纯电阻电路W=Q=I2Rt。 (2)用W=I2Rt计算电功的大小。,【解析】(1)设电阻丝的电阻为R， 由q=It得 由W=I2Rt得 所以W2=4W1=32J (2)由电功率P= 得 =4(倍) 答案：(1)32J (2)4倍,【补偿训练】 1.当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J。为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( ) A.3V 1.8J B.3V 3.6J C.6V 1.8J D.6V 3.6J,【解析】选D。设两次加在电阻R上的电压分别为U1和 U2，通电的时间都为t。由公式W1=U1q1和W1= t可 得：U1=3V， =0.1s-1。再由W2=U2q2和W2= t可 求出：U2=6V，W2=3.6J，故D对。,2.如图所示电路中，R1=R3P1>P3>P4 C.P2>P1>P4>P3 D.P1>P2>P3>P4,【解析】选B。根据并联电阻的特点，R3、R4两电阻的并联值R34要小于R3，所以根据串联电路中功率分配关系可知P2>P1>P34，再根据并联电路中功率分配关系可知P3>P4，故选项B正确。,3.(2018成都高二检测)如图所示为 某两个电阻的U-I图象，则R1R2的值 和把两电阻串联后接入电路时消耗功 率之比P1P2及并联后接入电路时消 耗功率之比P1P2分别是( ) A.21 21 12 B.21 12 21 C.12 12 21 D.12 21 12,【解析】选A。由U-I图象可知，R1R2=21，把R1、R2串联接入电路，由P=I2R知P1P2=R1R2=21，并联时P1P2=R2R1=12，故选A。,4.(多选)(2018滨州高二检测)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线。则下列说法中正确的是( ),A.对应P点，小灯泡的电阻为R= B.对应P点，小灯泡的电阻为R= C.随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 D.对应P点，小灯泡功率为P=U1I2,【解析】选B、C、D。此电阻是非线性元件，其电阻 不等于图象切线斜率的倒数，所以小灯泡的电阻为 R ，故A错误；据电阻的定义式可知，对应P 点，小灯泡的电阻为R= ，故B正确；图线上的点与 原点连线的斜率的倒数等于电阻大小，由数学知识可 知，随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大，故C正 确；由恒定电流的功率公式P=UI可知，对应P点，小灯 泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积，故D正确。,【通法悟道】串、并联电路中电功率的分析与计算 方法 (1)串联电路：P=I2R。 P总=P1+P2。 (2)并联电路： P总=P1+P2。,主题二 电功与电热的比较 【互动探究】 1.公式W=UIt、Q=I2Rt应用时应注意什么？ 提示：W=UIt普遍适用，而Q=I2Rt只适用于纯电阻电路。,2.W=UIt可以计算热量吗？ 提示：在纯电阻电路中，可以应用W=UIt计算热量，而在非纯电阻电路中不能应用W=UIt计算热量。,3.纯电阻电路和非纯电阻电路中电功和电热有什么关系？ 提示：在纯电阻电路中，电流做功消耗的电能全部转化为电热，即W=Q。在非纯电阻电路中，电流做功消耗的电能除一部分转化为电热之外，大部分转化为其他形式的能，即W=Q+E其他，此时W>Q。,4.某一电路中只含有某一电阻元件，即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻电路，哪些属于非纯电阻电路。,白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅,电动机、电解槽、电容器,【探究总结】 1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较：,2.对电动机电路的分析： 电动机的功率： 电动机的总功率(输入功率)：P总=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=UI-I2r。 电动机的效率：,【拓展延伸】 (1)电路分析： 若电动机转动，则电能转化为机械能和内能，此时为非纯电阻电路，部分电路欧姆定律不再适用。 若电动机不转，则没有电能转化为机械能，此时损失的电能全部转化为内能，这时的电路为纯电阻电路。,(2)电动机的等效处理：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能，在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成，如图所示，电流通过rD时把电能转化为热能，而通过线圈D时把电能转化为机械能。,【典例示范】 (2018临沂高二检测)一台电风扇的额定功率是60W，内阻为2，当它接在220V的电压下正常运转，问：,(1)电风扇正常运转时，通过它的电流多大？每秒钟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？,【解题指南】解答本题时应明确以下两点： (1)电动机正常工作时为非纯电阻。 (2)电动机卡位不转时为纯电阻。,【解析】(1)电风扇正常运转，消耗的功率为额定功 率，由P=UI，所以I= 0.27A，由能量守 恒定律得W=Q+E，即Pt=I2Rt+E，所以E=Pt-I2Rt 59.58J。,(2)电风扇不转动，相当于纯电阻，由欧姆定律得 U=IR，所以I= =110A，实际消耗的电功 率P= =24 200W，由于电风扇实际消耗的 电功率远大于其额定功率，且电能全部转化为内能， 电风扇将被烧坏。 答案：(1)0.27A 59.85J (2)110A 24 200W 电风扇将被烧坏,【探究训练】 (2018盐城高二检测)小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。请问：,(1)这只电动机线圈的电阻为多少？ (2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？ (3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？ (4)该玩具电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是多少？,【解析】(1)电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得： (2)当电动机正常工作时， P机=UI-I2r=(21-120.5)W=1.5W (3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能 E=UIt=2160J=120J,(4)电能转化为机械能的效率 答案：(1)0.5 (2)1.5W (3)120J (4)75%,【补偿训练】 1.(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=I2Rt= 只适用于纯电阻的电路,C.在非纯电阻的电路中，UI>I2R D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路,【解析】选B、C、D。电功率公式P= ，功率越大， 表示电流做功越快。对于一段电路，有P=IU，I= ， 焦耳热Q=( )2Rt，可见Q与P、U、t都有关。所以，P越 大，Q不一定越大，A不对。W=UIt是电功的定义式，适 用于任何电路，而W=I2Rt= t只适用于纯电阻的电 路，B对。在不是纯电阻的电路中，电流所做的功=焦 耳热+其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正确。,Q=I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D正确。故选B、C、D。,2.(多选)(2018大庆高二检测)如图所示，电阻R1=20，电动机绕组R2=0，当开关断开时，电流表的示数是0.5A，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( ) A.I=1.5A B.I<1.5A C.P=15W D.P<15W,【解析】选B、D。当开关S断开时，由欧姆定律得 U=I1R1=10V，当开关S闭合后，通过R1的电流仍为 0.5A，电动机的电流I2< =1A，故电流表的 电流I<1.5A，电路中电功率P=UI<15W，故B、D正确。,3.如图所示，电路两端电压U恒为28V，电灯上标有“6V 12W”字样，直流电动机线圈电阻R=2。若电灯恰能正常发光，求： (1)流过电灯的电流是多大？ (2)电动机两端的电压是多大？ (3)电动机输出的机械功率是多少？,【解析】(1)电灯L正常发光，电路中的电流为 (2)由欧姆定律可求得，电动机两端的电压为 U=U-UL=28V-6V=22V,(3)电动机的总功率为 P总=IU=2A22V=44W 电动机的热功率为 PE=I2R=(2A)22=8W 所以电动机的输出功率为 P出=P总-PE=44W-8W=36W 答案：(1)2A (2)22V (3)36W,【通法悟道】纯电阻电路和非纯电阻电路的解题思路 (1)对于纯电阻电路和非纯电阻电路，应从能量转化的角度区分。例如，当电动机不转时，消耗的电能全部转化为内能，此时它就是一个纯电阻电路，当电动机转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时电路才是非纯电阻电路。,(2)不论是哪种电路，计算电功用公式W=UIt，计算电 热用公式Q=I2Rt都是对的。在非纯电阻电路中，无论 计算电功还是计算电热，用 t都是不对的。,【课堂小结】,