2018-2019學(xué)年高中物理 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,【自主預(yù)習(xí)】 1.電功： (1)物理意義：表示_轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少。 (2)定義：在一段電路中_所做的功，也就是 _所做的功。,電能,電場力,電流,(3)實質(zhì)：導(dǎo)體中的恒定電場通過靜電力對自由電荷做 功，通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為_。 (4)公式：_。單位：_。,其他形式的能,W=IUt,焦耳(J),2.電功率： (1)物理意義：表示電流做功_的物理量。 (2)定義：_電流所做的功。 (3)公式：P=_。單位：_(W)。,快慢,單位時間內(nèi),IU,瓦特,3.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，跟導(dǎo)體的_及_成正比。 (2)公式：Q=_。 (3)熱功率：_的發(fā)熱量，P=_,電流的二次方,電阻,通電時間,I2Rt,單位時間內(nèi),I2R,【預(yù)習(xí)小測】 1.(多選)關(guān)于功率的三個公式P=UI，P=I2R，P= 的適用范圍，以下說法正確的是( ),A.第一個公式普遍適用于求電功率，后兩式普遍適用于求熱功率 B.在純電阻電路中，三個公式既可用于求電功率，又可用于求熱功率 C.在非純電阻電路中，第一個公式可用于求電功率，第二個公式可用于求熱功率，第三個公式?jīng)]有意義 D.由U=IR可知，三個公式?jīng)]有任何區(qū)別，它們表達(dá)相同的意義，所以P既是電功率，也是熱功率,【解析】選B、C。公式P=UI適用于任何電路，P=I2R適 用于任何情況下求熱功率，公式P= 只適用于純電阻 電路，故B、C對，A、D錯。,2.通過電阻R的電流為I時，在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 Q；若電阻為2R，電流為 時，則在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱 量為( ) A.4Q B.2Q C. D.,【解析】選C。由焦耳定律知：Q=I2Rt， Q= 2Rt= ，故C對。,主題一 電功 電功率 【互動探究】 在日常生活中，經(jīng)常會用到家用小電器，例如電吹風(fēng)、電熨斗等，它們都會分為幾擋，像電吹風(fēng)可以吹暖風(fēng)和熱風(fēng)，電熨斗的不同檔位可以熨燙不同材質(zhì)的衣物。它們都是通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的。 (1)電流做功的實質(zhì)是什么？,提示：導(dǎo)體中的恒定電場通過靜電力對自由電荷做功，通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。,(2)不同的用電器功率不同，功率越大的用電器所做的功一定越多嗎？ 提示：不一定，功率是描述做功快慢的物理量，功率越大的用電器在相同時間內(nèi)做的功越多。,(3)電流通過用電器時，電流做功越多，說明用電器的電功率越大，這種說法正確嗎？ 提示：不正確。電功率等于電流所做的功跟所用時間的比值，即電流做功的快慢，所以電流做功多，用電器的電功率不一定大。,(4)由問題(1)、(2)可知電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”有何關(guān)系？ 提示：電流做功快，但做功不一定多；電流做功慢，但做功不一定少。電流做功的快慢用電功率表示，電流做功的多少用電功表示。電流做功的多少與做功的時間和做功的快慢有關(guān)。,【探究總結(jié)】電功、電功率的辨析 (1)電功的大小量度了電能的變化量，標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少。 (2)電功率表示電流做功的“快慢”，與電流做功的“多少”意義不相同。電功不僅與電功率有關(guān)，還與時間有關(guān)。,【拓展延伸】用電器的額定功率和實際功率 (1)額定功率：用電器長期正常工作時的最大功率，也就是用電器在額定電壓(或通以額定電流)時消耗的電功率。P額、I額、U額三個量中一個達(dá)到額定值，另外兩個也達(dá)到額定值。,(2)實際功率：用電器實際工作時消耗的電功率。燈泡的亮度取決于實際功率，為了使用電器不被燒毀，要求實際功率不能大于其額定功率。,【典例示范】 一只標(biāo)有“110V 10W”字樣的燈泡(燈泡電阻不變)： (1)它的電阻是多大？ (2)它正常工作時的電流多大？ (3)如果接在100V的電路中，它的實際功率多大？ (4)它正常工作多少時間消耗1kWh的電能？,【解析】本題考查電功和電功率的理解和計算。 (1)燈泡的電阻R= =1 210。 (2)它正常工作時的電流 I額= 0.09A。,(3)因燈泡電阻不變，由P= 得 P實P額= P實= P額= 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,【探究訓(xùn)練】 一根電阻絲在通過2C的電荷量時電流所做的功為8J，若在相同的時間內(nèi)通過4C的電荷量，求： (1)電阻絲上的電流所做的功。 (2)電流做功的功率是原來的幾倍。,【解題指南】解答本題應(yīng)明確以下兩點： (1)注意電荷量q=It及純電阻電路W=Q=I2Rt。 (2)用W=I2Rt計算電功的大小。,【解析】(1)設(shè)電阻絲的電阻為R， 由q=It得 由W=I2Rt得 所以W2=4W1=32J (2)由電功率P= 得 =4(倍) 答案：(1)32J (2)4倍,【補償訓(xùn)練】 1.當(dāng)電阻兩端加上某一穩(wěn)定電壓時，通過該電阻的電荷量為0.3C，消耗的電能為0.9J。為在相同時間內(nèi)使0.6C的電荷量通過該電阻，在其兩端需加的電壓和消耗的電能分別是( ) A.3V 1.8J B.3V 3.6J C.6V 1.8J D.6V 3.6J,【解析】選D。設(shè)兩次加在電阻R上的電壓分別為U1和 U2，通電的時間都為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對。,2.如圖所示電路中，R1=R3P1>P3>P4 C.P2>P1>P4>P3 D.P1>P2>P3>P4,【解析】選B。根據(jù)并聯(lián)電阻的特點，R3、R4兩電阻的并聯(lián)值R34要小于R3，所以根據(jù)串聯(lián)電路中功率分配關(guān)系可知P2>P1>P34，再根據(jù)并聯(lián)電路中功率分配關(guān)系可知P3>P4，故選項B正確。,3.(2018成都高二檢測)如圖所示為 某兩個電阻的U-I圖象，則R1R2的值 和把兩電阻串聯(lián)后接入電路時消耗功 率之比P1P2及并聯(lián)后接入電路時消 耗功率之比P1P2分別是( ) A.21 21 12 B.21 12 21 C.12 12 21 D.12 21 12,【解析】選A。由U-I圖象可知，R1R2=21，把R1、R2串聯(lián)接入電路，由P=I2R知P1P2=R1R2=21，并聯(lián)時P1P2=R2R1=12，故選A。,4.(多選)(2018濱州高二檢測)小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示，P為圖線上一點，PN為圖線的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線。則下列說法中正確的是( ),A.對應(yīng)P點，小燈泡的電阻為R= B.對應(yīng)P點，小燈泡的電阻為R= C.隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大 D.對應(yīng)P點，小燈泡功率為P=U1I2,【解析】選B、C、D。此電阻是非線性元件，其電阻 不等于圖象切線斜率的倒數(shù)，所以小燈泡的電阻為 R ，故A錯誤；據(jù)電阻的定義式可知，對應(yīng)P 點，小燈泡的電阻為R= ，故B正確；圖線上的點與 原點連線的斜率的倒數(shù)等于電阻大小，由數(shù)學(xué)知識可 知，隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大，故C正 確；由恒定電流的功率公式P=UI可知，對應(yīng)P點，小燈 泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積，故D正確。,【通法悟道】串、并聯(lián)電路中電功率的分析與計算 方法 (1)串聯(lián)電路：P=I2R。 P總=P1+P2。 (2)并聯(lián)電路： P總=P1+P2。,主題二 電功與電熱的比較 【互動探究】 1.公式W=UIt、Q=I2Rt應(yīng)用時應(yīng)注意什么？ 提示：W=UIt普遍適用，而Q=I2Rt只適用于純電阻電路。,2.W=UIt可以計算熱量嗎？ 提示：在純電阻電路中，可以應(yīng)用W=UIt計算熱量，而在非純電阻電路中不能應(yīng)用W=UIt計算熱量。,3.純電阻電路和非純電阻電路中電功和電熱有什么關(guān)系？ 提示：在純電阻電路中，電流做功消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，即W=Q。在非純電阻電路中，電流做功消耗的電能除一部分轉(zhuǎn)化為電熱之外，大部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即W=Q+E其他，此時W>Q。,4.某一電路中只含有某一電阻元件，即白熾燈、電動機(jī)、電爐、電容器、電熨斗、電飯鍋、電解槽其中的一種，分析哪些屬于純電阻電路，哪些屬于非純電阻電路。,白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋,電動機(jī)、電解槽、電容器,【探究總結(jié)】 1.純電阻電路與非純電阻電路的比較：,2.對電動機(jī)電路的分析： 電動機(jī)的功率： 電動機(jī)的總功率(輸入功率)：P總=UI。 電動機(jī)的熱功率：P熱=I2r。 電動機(jī)的輸出功率(機(jī)械功率)：P出=UI-I2r。 電動機(jī)的效率：,【拓展延伸】 (1)電路分析： 若電動機(jī)轉(zhuǎn)動，則電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，此時為非純電阻電路，部分電路歐姆定律不再適用。 若電動機(jī)不轉(zhuǎn)，則沒有電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，此時損失的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時的電路為純電阻電路。,(2)電動機(jī)的等效處理：電動機(jī)是一種非純電阻用電器，它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能，在電路計算中，常把電動機(jī)等效為阻值等于其內(nèi)阻的電阻rD和無電阻的轉(zhuǎn)動線圈D串聯(lián)而成，如圖所示，電流通過rD時把電能轉(zhuǎn)化為熱能，而通過線圈D時把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。,【典例示范】 (2018臨沂高二檢測)一臺電風(fēng)扇的額定功率是60W，內(nèi)阻為2，當(dāng)它接在220V的電壓下正常運轉(zhuǎn)，問：,(1)電風(fēng)扇正常運轉(zhuǎn)時，通過它的電流多大？每秒鐘有多少電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能？ (2)若接上電源后，電風(fēng)扇因故不能轉(zhuǎn)動，這時通過它的電流多大？電風(fēng)扇實際消耗的電功率多大？此時可能會發(fā)生什么問題？,【解題指南】解答本題時應(yīng)明確以下兩點： (1)電動機(jī)正常工作時為非純電阻。 (2)電動機(jī)卡位不轉(zhuǎn)時為純電阻。,【解析】(1)電風(fēng)扇正常運轉(zhuǎn)，消耗的功率為額定功 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)電風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律得 U=IR，所以I= =110A，實際消耗的電功 率P= =24 200W，由于電風(fēng)扇實際消耗的 電功率遠(yuǎn)大于其額定功率，且電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能， 電風(fēng)扇將被燒壞。 答案：(1)0.27A 59.85J (2)110A 24 200W 電風(fēng)扇將被燒壞,【探究訓(xùn)練】 (2018鹽城高二檢測)小明準(zhǔn)備參加玩具賽車比賽，他想通過實驗挑選一只能量轉(zhuǎn)換效率較高的電動機(jī)，實驗時他先用手捏住電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動，然后放手，讓電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動，分別將2次實驗的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表格中。請問：,(1)這只電動機(jī)線圈的電阻為多少？ (2)當(dāng)電動機(jī)正常工作時，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少？ (3)當(dāng)電動機(jī)正常工作1分鐘時，電動機(jī)消耗的電能是多少？ (4)該玩具電動機(jī)正常工作時電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是多少？,【解析】(1)電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，是純電阻電路，根據(jù)歐姆定律得： (2)當(dāng)電動機(jī)正常工作時， P機(jī)=UI-I2r=(21-120.5)W=1.5W (3)當(dāng)電動機(jī)正常工作1分鐘時，電動機(jī)消耗的電能 E=UIt=2160J=120J,(4)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率 答案：(1)0.5 (2)1.5W (3)120J (4)75%,【補償訓(xùn)練】 1.(多選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是( ) A.電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多 B.W=UIt適用于任何電路，而W=I2Rt= 只適用于純電阻的電路,C.在非純電阻的電路中，UI>I2R D.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路,【解析】選B、C、D。電功率公式P= ，功率越大， 表示電流做功越快。對于一段電路，有P=IU，I= ， 焦耳熱Q=( )2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)。所以，P越 大，Q不一定越大，A不對。W=UIt是電功的定義式，適 用于任何電路，而W=I2Rt= t只適用于純電阻的電 路，B對。在不是純電阻的電路中，電流所做的功=焦 耳熱+其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正確。,Q=I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確。故選B、C、D。,2.(多選)(2018大慶高二檢測)如圖所示，電阻R1=20，電動機(jī)繞組R2=0，當(dāng)開關(guān)斷開時，電流表的示數(shù)是0.5A，當(dāng)開關(guān)閉合后，電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來，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P應(yīng)是( ) A.I=1.5A B.I<1.5A C.P=15W D.P<15W,【解析】選B、D。當(dāng)開關(guān)S斷開時，由歐姆定律得 U=I1R1=10V，當(dāng)開關(guān)S閉合后，通過R1的電流仍為 0.5A，電動機(jī)的電流I2< =1A，故電流表的 電流I<1.5A，電路中電功率P=UI<15W，故B、D正確。,3.如圖所示，電路兩端電壓U恒為28V，電燈上標(biāo)有“6V 12W”字樣，直流電動機(jī)線圈電阻R=2。若電燈恰能正常發(fā)光，求： (1)流過電燈的電流是多大？ (2)電動機(jī)兩端的電壓是多大？ (3)電動機(jī)輸出的機(jī)械功率是多少？,【解析】(1)電燈L正常發(fā)光，電路中的電流為 (2)由歐姆定律可求得，電動機(jī)兩端的電壓為 U=U-UL=28V-6V=22V,(3)電動機(jī)的總功率為 P總=IU=2A22V=44W 電動機(jī)的熱功率為 PE=I2R=(2A)22=8W 所以電動機(jī)的輸出功率為 P出=P總-PE=44W-8W=36W 答案：(1)2A (2)22V (3)36W,【通法悟道】純電阻電路和非純電阻電路的解題思路 (1)對于純電阻電路和非純電阻電路，應(yīng)從能量轉(zhuǎn)化的角度區(qū)分。例如，當(dāng)電動機(jī)不轉(zhuǎn)時，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時它就是一個純電阻電路，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，消耗的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，此時電路才是非純電阻電路。,(2)不論是哪種電路，計算電功用公式W=UIt，計算電 熱用公式Q=I2Rt都是對的。在非純電阻電路中，無論 計算電功還是計算電熱，用 t都是不對的。,【課堂小結(jié)】,