高二物理电功、电功率、焦耳热通用版知识精讲

高二物理电功、电功率、焦耳热通用版

【本讲主要内容】

电功、电功率、焦耳热

【知识掌握】

【知识点精析】

（一）电功和电功率

1. 电功

（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功。

（2）公式：W＝UIt。

电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t 三者的乘积。

注意：电功的计算式W＝UIt对在恒定电流下的任何一段电路或用电器均成立。

（3）单位：在国际单位制中是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h），1kW·h＝3.6×106J。

2. 电功率：表示电流做功的快慢

（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。

（2）公式：P

W

t

UI ==

一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积。

（3）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。

1kW＝103W＝106mW。

（4）额定功率和实际功率

用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率，用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。

彩电

1. 电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。

电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能；电热器把电能转化为热能。

2. 焦耳定律、热功率

在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的功能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能。

（1）焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积：Q＝I2Rt。

焦耳定律不仅适用于纯电阻电路，还适用于非纯电阻电路。

纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。

非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路。

（2）热功率：单位时间内导体的发热功率叫做热功率，热功率等于通电导体中电流I

的二次方与导体电阻的乘积。P＝Q

t

I R =2。

3. 电功率与热功率

（1）区别：电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积；热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。

（2）联系：对纯电阻电路，电功率等于热功率，P电＝P热；对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和，P电＝P热＋P其他。

【解题方法指导】

例1. 如图为甲、乙两只灯炮的I—U图象。根据图象，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220V的电路中时，实际发光的功率约为（）

A. 15W、30W

B. 30W、40W

C. 40W、60W

D. 60W、100W

点拨：当甲、乙两灯泡两端的电压为220V时流过两灯泡的电流各为多少？

解析：因两灯并联在220V的电路中，由图象可看出：当U甲＝220V时，I甲＝18.0×102-A，故P甲＝U甲I甲≈40W；当U乙＝220V时，I乙＝28.0×102-A，故P乙＝U乙I乙≈60W。所以

C选项正确。

说明：本题以图象为背景，考查电功率的计算、欧姆定律以及并联电路等知识点。题中的伏安特性曲线是曲线而不是直线，原因是灯丝电阻随温度的升高而增大。

例2. 微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转动；当加在电动机两端的电压为2.0V时，电流为0.8A，这时电动机正常工作，则吸尘器的效率为多少？

点拨：（1）当电动机不转时，加上的电压U1与通过的电流I1之比U

I

1

1

有意义吗？当电

动机转动时，加上的电压U2与通过的电流I2之比U

I

2

2

有意义吗？

（2）当电动机转动时，电能转化为什么能？

解析：当加0.3V 的电压时，电流为0.3A ，电动机不转，说明电动机无机械能输出，它消耗的电能全部转化为热能，此时电动机也可视为纯电阻，则r U I ===110303

1..ΩΩ；当加

2.0V 的电压时，电流为0.8A ，电动机正常运转，有机械能输出，此时的电动机为非纯电阻

用电器，消耗的电能等于转化的机械能和热能之和。转化的热功率为P I r ==22208.×1W

＝0.64W ，总功率为P I U W W 022082016===...×。所以电动机的效率为

η=-=-=P P P 0100%1606416100%60%××...

。 说明：解决非纯电阻电路的问题，关键是分析清楚多种情况下电能分别转化为什么形式的能，然后再确定选什么公式计算电功或电功率，切不可在没分析清楚的情况下生搬硬套。

【考点突破】

【考点指要】

高考要求理解并区分电功与电功率，电功与电热等概念；区分纯电阻电路与非纯电阻电路中的能量分配。高考中本讲内容多以选择题出现，或在计算题中与后面将学到的电磁感应结合在一起。

【典型例题分析】

例3. 如图所示，用直流电动机提升重物，重物的质量m ＝50kg ，电源供电电压为110V ，不计各处摩擦，当电动机以v ＝0.90m/s 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流为5A ，则电动机线圈的电阻为多大？（g 取10m/s 2）

解析：设电动机线圈的电阻为r ，由题意可知，电源提供的电能转化为电动机线圈发热而增加的内能和电动机对外输出的机械能，而电动机输出的机械能用来增加被提升重物的机械能，由能的转化和守恒得：UI ＝I 2r ＋mgv 解得电动机线圈的电阻为：

r U I m g v I =-=-=2211055010095

40××..()Ω 讨论：如果电动机的转子被卡住，则通过电动机线圈的电流多大？线圈上的发热功率多大？会造成怎样的结果？

例4. 有两个标有“110V 25W ”和“110V 60W ”字样的灯泡，要把它们接在220V 的电源上，灯泡既正常发光，又最省电的连接方式应是图中的（ ）