2018-2019高中物理 第二章 恒定電流 2.5 焦耳定律課件 新人教版選修3-1.ppt

5焦耳定律,一、電功和電功率,自由電荷,電流,IUt,IU,焦耳,J,瓦特,瓦,W,電能,做功,的快慢,二、焦耳定律1.內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟_成正比，跟_及_成正比。2.表達(dá)式：Q=_。3.熱功率：(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的_。,電流的二次方,導(dǎo)體的電阻,通電時(shí)間,I2Rt,發(fā)熱量,(2)公式：P熱=_，單位：_。(3)物理意義：表示電流_的物理量。,I2R,瓦特(W),發(fā)熱快慢,【思考辨析】(1)電流做功越多，電功率越大。()(2)電功率越大，電流做功越多。()(3)電流做功的過程實(shí)質(zhì)上是靜電力做功的過程。()(4)熱功率一定等于電功率。()(5)在任何電路中都可以用Q=I2Rt求電熱。(),提示：(1)。根據(jù)電功率公式P=可知，在相等時(shí)間內(nèi)電流做功越多，電功率才越大。(2)。電功率的大小表示做功快慢，不表示做功多少。(3)。電流做功實(shí)質(zhì)上是靜電力做功。,(4)。只有在純電阻電路中熱功率等于電功率，非純電阻電路中熱功率小于電功率。(5)。在任何電路中都可以用焦耳定律Q=I2Rt求電熱。,【生活鏈接】如圖所示，通電后，電風(fēng)扇消耗電能，那么你知道電能都轉(zhuǎn)化成了什么能量嗎？提示：電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和機(jī)械能。,知識(shí)點(diǎn)一電功和電熱的比較探究導(dǎo)入：如圖所示的電吹風(fēng)和電熨斗都是通過電流做功進(jìn)行工作的電器。,(1)電吹風(fēng)工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？(2)電熨斗工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？提示：(1)電吹風(fēng)工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能。(2)電熨斗工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。,【歸納總結(jié)】1.純電阻電路和非純電阻電路：(1)常用的電燈泡、電爐子等為純電阻電路。電動(dòng)機(jī)、電解槽等為非純電阻電路。(2)純電阻電路服從歐姆定律，而非純電阻電路不完全服從歐姆定律。,(3)純電阻電路電流做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，而非純電阻電路，電流做功將電能一部分轉(zhuǎn)化為電熱，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或其他形式的能。,2.電功與電熱：,3.電功率與熱功率：,【典題通關(guān)】【典例】有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2V電壓的電路時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過電動(dòng)機(jī)的電流是0.4A。若把它接入2V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1A。(1)求電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率。(2)若在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為多大？,【正確解答】(1)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，說明電動(dòng)機(jī)無機(jī)械能輸出，它消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可看作純電阻電路，則R=0.5當(dāng)電壓為2V、電流為1A時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，有機(jī)械能輸出，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為非純電阻電路，消耗的電能等于轉(zhuǎn)化的機(jī)械能和內(nèi)能之和。,轉(zhuǎn)化的熱功率為P熱=I2R=0.5W總功率P總=UI=2W，則輸出功率P出=P總-P熱=1.5W。(2)若在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)被卡住，電動(dòng)機(jī)無機(jī)械能輸出，看作純電阻電路，此時(shí)的電熱功率為P熱=W=8W。答案：(1)1.5W(2)8W,【規(guī)律方法】電功、電熱的計(jì)算方法(1)判斷電路中的用電器是純電阻用電器還是非純電阻用電器。(2)分析各用電器之間的連接方式，對(duì)純電阻電路，計(jì)算時(shí)可以利用串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)或并聯(lián)電路的分流特點(diǎn)。,(3)由所求問題選取合適的公式，在非純電阻電路中計(jì)算電功只能用W=UIt，計(jì)算電熱只能用Q=I2Rt。歐姆定律的變形式在純電阻電路中才能通用。(4)對(duì)于含電動(dòng)機(jī)的電路，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是非純電阻用電器，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是純電阻用電器。,【過關(guān)訓(xùn)練】微型吸塵器的直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻一定，為1，當(dāng)加在它兩端的電壓為2.0V時(shí)，電流為0.8A，且能正常工作，求：(1)它的額定輸入功率多大？(2)工作時(shí)由導(dǎo)線發(fā)熱損失的功率多大？(3)它的最大輸出功率多大？,【解析】(1)電動(dòng)機(jī)的額定輸入功率為P額=UI=2.00.8W=1.6W。(2)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為P熱=I2R=(0.8)21W=0.64W。(3)根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒，電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為P出=P額-P熱=(1.6-0.64)W=0.96W。答案：(1)1.6W(2)0.64W(3)0.96W,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.把兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，若要產(chǎn)生相等的熱量，則兩種方法所需的時(shí)間之比t串t并為()A.11B.21C.41D.14,【解析】選C。設(shè)每根電熱絲電阻為R，則R串=2R，R并=。由Q=W=t得t串t并=41。,2.圖中虛線框內(nèi)是一未知電路，測(cè)得它的兩端點(diǎn)a、b之間電阻是R，在a、b之間加上電壓U，測(cè)得流過電路的電流為I，則未知電路的電功率一定是()A.I2RB.C.UID.UI-I2R,【解析】選C。選項(xiàng)A、B的表達(dá)式只適用于純電阻電路，D項(xiàng)表達(dá)式表示在非純電阻電路中的輸出功率，虛線框中不知道是哪種元件，功率P=UI總是適用的，C選項(xiàng)正確。,知識(shí)點(diǎn)二串、并聯(lián)電路中電功率的分析與計(jì)算探究導(dǎo)入：1.將額定電壓均為1.5V，額定功率分別為0.3W和0.5W的小燈泡A、B串聯(lián)起來接在電壓為U的電源上，兩燈均發(fā)光，則兩燈泡哪一個(gè)較亮？,提示：由P=得R=，故A、B兩燈的電阻分別為7.5和4.5，將它們串聯(lián)起來接入電路后通過兩燈的電流相等，由P=I2R可知，A燈較亮。,2.標(biāo)有“220V40W”的白熾燈泡和“220V40W”的電動(dòng)機(jī)，把它們并聯(lián)后接到220V的照明電路中，二者都能正常工作，它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？,提示：不相同。電動(dòng)機(jī)和燈泡消耗的電能相同，電動(dòng)機(jī)有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱，另一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；燈泡消耗的電能幾乎全部轉(zhuǎn)化為電熱。,【歸納總結(jié)】串、并聯(lián)電路中電功率的比較,【典題通關(guān)】【典例】(多選)如圖所示，電阻R1=20，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R2=10。當(dāng)電鍵打開時(shí)，電流表的示數(shù)是0.5A，當(dāng)電鍵合上后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，電路兩端的電壓不變，電流表,的示數(shù)I和電路消耗的電功率應(yīng)是()A.I=1.5AB.I<1.5AC.P=15WD.PR2，所以I2<=1A。電流表的示數(shù)I=I1+I2<1.5A，故A錯(cuò)誤、B正確。電路總功率為P=U(I1+I2)<15W，故C錯(cuò)誤、D正確。,【規(guī)律方法】含電動(dòng)機(jī)電路的功率計(jì)算方法含電動(dòng)機(jī)電路是非純電阻電路，相關(guān)各功率的計(jì)算總結(jié)如下：(1)輸入功率：也叫電動(dòng)機(jī)的總功率，由電動(dòng)機(jī)電路的電流和電壓決定，計(jì)算公式：P總=UI。(2)發(fā)熱功率：電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時(shí)要產(chǎn)生內(nèi)能，發(fā)熱功率：P熱=I2r。,(3)輸出功率：電動(dòng)機(jī)做有用功的功率。如圖所示，對(duì)于勻速上升的物體，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率：P出=mgv。,(4)功率關(guān)系：P總=P出+P熱。(5)電動(dòng)機(jī)的效率：=100%。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.在高速公路隧道內(nèi)兩側(cè)的電燈泡不易更換，為了延長(zhǎng)電燈泡的使用壽命，一個(gè)接口處通常安裝兩個(gè)完全相同的燈泡，下列說法正確的是(),A.兩個(gè)燈泡串聯(lián)B.兩個(gè)燈泡并聯(lián)C.每個(gè)燈泡實(shí)際消耗的功率是其額定功率的四分之一D.每個(gè)燈泡實(shí)際消耗的功率小于其額定功率的四分之一,【解析】選A。兩個(gè)燈泡串聯(lián)，每個(gè)燈泡承受的電壓為U=V=110V，低于額定電壓，燈泡不易損壞，故A正確；兩個(gè)燈泡并聯(lián)，每個(gè)燈泡承受的電壓為U=220V，仍等于燈泡的額定電壓，燈泡正常工作，不能延長(zhǎng)電燈泡的使用壽命，故B錯(cuò)誤；由P=，兩個(gè)燈泡串聯(lián)時(shí)，U變?yōu)樵瓉淼?，由于燈絲較正常發(fā)光時(shí),溫度偏低，故燈絲電阻較正常發(fā)光時(shí)小，所以每個(gè)燈泡實(shí)際消耗的功率大于其額定功率的四分之一，故C、D錯(cuò)誤。,2.(多選)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路研究微型電動(dòng)機(jī)的性能。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的電阻R使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為I1=0.5A和U1=2.0V；重新調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的電阻R使電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為I2=2.0A和U2=24V。則(),A.微型電動(dòng)機(jī)內(nèi)線圈電阻為R線=4.0B.微型電動(dòng)機(jī)內(nèi)線圈電阻為R線=12C.電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出的機(jī)械功率為P機(jī)=48WD.電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出的機(jī)械功率為P機(jī)=32W,【解析】選A、D。當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)純電阻元件，根據(jù)歐姆定律可知電動(dòng)機(jī)內(nèi)線圈的電阻R線=4.0，所以A正確、B錯(cuò)誤；當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P=U2I2=48W，電動(dòng)機(jī)內(nèi)線圈消耗的熱功率P線=R線=16W，故電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P機(jī)=P-P線=32W，故C錯(cuò)誤、D正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】電阻R1、R2的I-U圖象如圖所示，則下列說法正確的是(),A.R1R2=31B.將R1與R2串聯(lián)后接于電源上，則電壓比U1U2=13C.將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則電流比I1I2=13D.將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則功率比P1P2=13,【解析】選B。由I-U圖象可知R1R2=13，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；將R1與R2串聯(lián)后接于電源上，則通過兩電阻的電流相等，由歐姆定律U=IR可得U1U2=R1R2=13，選項(xiàng)B正確；將R1與R2并聯(lián)后接于電源上，則兩電阻兩端的電壓相等，由歐姆定律I=可得I1I2=R2R1=31，由P=可得P1P2=R2R1=31，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。,【拓展例題】考查內(nèi)容：電功率綜合應(yīng)用問題【典例】一輛電動(dòng)自行車的銘牌上給出了如表的技術(shù)參數(shù)：,質(zhì)量為M=70kg的人騎此電動(dòng)自行車沿平直公路行駛，所受阻力F阻恒為車和人總重的k=0.02倍。g取10m/s2，求：(1)此車電機(jī)的內(nèi)阻。(2)在電機(jī)正常工作時(shí)，人騎車行駛的最大速度。,【正確解答】(1)由表可知，電機(jī)的輸出功率為P出=120W，額定電壓為U0=40V，額定電流為I0=3.5A電機(jī)正常工作時(shí)輸入功率：P入=U0I0=403.5W=140W設(shè)電機(jī)的內(nèi)阻為r，則由歐姆定律知：P入-P出=r解得r=1.63,(2)設(shè)車的質(zhì)量為m，由題意知，行駛時(shí)所受阻力：F阻=k(M+m)g，當(dāng)達(dá)到最大速度vm時(shí)，有P出=F阻vm解得vm=6m/s答案：(1)1.63(2)6m/s,