课件7：2.5焦耳定律
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小明家的窗式空调已用了多年，耗电功率已不再是说明书上 的数值了，他想测出这台空调的耗电功率。于是他将家中的 其他用电器全部关闭，单独打开空调，观察他家的电度表在 2min内转了200转，且电度表中标有3000r/kW·h的字母，你能 帮他测出他家空调的功率吗？
解析：表盘上的字样说明表盘转动 3000 转时，电路消耗 1 度电(1kW·h)，即在 2min＝120s 内，电路消耗3200000kW·h＝115 kW·h 的电能，所以 P＝Wt ＝115×3.6×106×1210W＝2000W，即空 调的耗电功率为 2000W。
答案：2000W
点评：要善于将所学的物理知识应用到日常生活实际，学
以致用。
易错点：将非纯电阻电路与纯电阻电路混淆导致错误
案例：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( )
正确答案：A
课堂小结
重点难点 一、串、并联电路中电功率的分析与计算 1．串联电路
各部分电路电流I相同，根据P＝I2R， 各电阻上的电功率与电阻成正比 功率关系总功率P＝UI＝ U1＋U2＋…＋Un I ＝P1＋P2＋…＋Pn
2．并联电路
各支路电压相同，根据P＝UR2，各支路 功率关系电阻上的电功率与电阻成反比
总功率P总＝UI＝U I1＋I2＋…＋In ＝P1＋P2＋…＋Pn
4．物理意义 反映电能转化为其他形式能的多少。
5．对电功的理解 ①从力的角度，电流做功的实质是___电__场__力___对电荷做功。 ②从能的角度，电流做功是__电__能___转化为其他形式能的过程， 电功的大小量度着电能的转化，它标志着电能转化为其他形 式的能。
知识点2、电功率
1.概念 电流所做的____功___跟完成这些功所用__时__间___的比值叫做 电功率。 2．表达式 P＝Wt ＝___U__I_____。 3．单位 __瓦__特______，符号 W。
内能
的能
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
2.电功与电热的计算公式比较
纯电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电路
电功 电热
W＝IUt＝I2Rt＝UR2t Q＝IUt＝I2Rt＝UR2t
电功率 热功率
P＝IU＝I2R＝UR2 P＝IU＝I2R＝UR2
非纯电阻电路 W＝IUt Q＝I2Rt P＝UI P＝I2R
[特别提醒]
知识点3、焦耳定律 1.焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟___电__流_____的二次方成 正比，跟导体的电阻及通电时间成____正__比____。 (2)表达式：Q＝____I2_R_t____。 2．热功率 (1)定义：单位时间内放出的热量。 (2)表达式：P＝Qt ＝____I_2R_____。
题型1、纯电阻电路中电功率的分析与计算 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下图中的哪一个( )
解析：判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定 电压，或电流是否是额定电流。
4．物理意义 表示电流做功的___快__慢____。
5．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 用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。
(2)实际功率：用电器_实__际___工__作__时消耗的电功率。为了保证 用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。
解析：电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源 获取的功率一部分转化为线圈的热功率，另一部分转化为电动 机的机械功率。
(1)电动机线圈上消耗的热功率为 P 热＝I2r＝1W。 (2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即 P 入＝UI＝5×1W＝5W 电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率，根据 P 入＝P 出＋P 热得 P 出＝P 入－P 热＝5W－1W＝4W。
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。
答案：C
题型2、非纯电阻电路中功率的分析与计算 如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝ 1Ω，电动机两端电压为5V，电路中的电流为1A，物体A重 20N。忽略一切摩擦，求： (1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？ (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10s内电动机可以把重物匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？
3．结论 无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各 电阻消耗的功率之和。
即时讨论1
用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热， 而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？
答案：通电导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流 相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻要大得多。 由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉 丝产生的热量要少得多。
A．U1<U2，Q1＝Q2
B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1>Q2
D．W1<W2，Q1<Q2
易错分析：本题易错选项及错误原因分析：B项，不清楚在非 纯电阻电路中公式U＝IR不再成立。 C项，由W＝UIt判断出 W1＝W2，考虑到电动机有机械能输出，由能量守恒判断得 Q1>Q2，实际上电动机和电阻两端的电压并不相等，欧姆定律 不适用。
知识点1、电功 1.定义
电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、 __电__路__中__的__电__流__I___、通电时间t三者的乘积。
2．表达式
W＝qU＝___U__It___。
3．单位
国际单位为____焦__耳____，符号为J。常用单位为千瓦时(kWh)， 亦称为“度”，1度＝__3_._6_×__1_0_6 _焦耳。
D项，正确判断出U1<U2后，由W＝UIt得W1<W2，由Q＝W得 Q1<Q2，实际上电流通过电动机做的功一部分转化为电热，另 一部分转化为机械能。
正确解答：电动机是非纯电阻，其两端电压U2>IR＝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。
(3)设物体 A 的重力为 G，t＝10s 内物体上升的高度为 h， 根据能量守恒定律得 P 出 t＝Gh
h＝PG出t＝4×2010m＝2m。 (4)这台电动机的机械效率为 η＝PP出 入×100%＝45×100%＝80%。
答案：(1)1W (2)5W 4W (3)2m (4)80%
题型3、探究·应用
二、纯电阻电路和非纯电阻电路
1．两种电路的比较
两种电路 比较内容
纯电阻电路
非纯电阻电路
除电阻外还包括能把电
元件特点 电路中只有电阻元件
能转化为其他形式能的
用电器
欧姆定律 服从欧姆定律 I＝UR
不服从欧姆定律：
U>IR
或
U I<R
电流做功全部转化为电热 电流做功除转化为内能
能量转化 即电能全部转化为导体的 外还要转化为其他形式
由 P＝UR2和已知条件可知，RA<RB。 对于 A 电路，由于 RA<RB，所以 UB>110V，B 灯被烧毁， 两灯不能正常发光。 对于 B 电路，由于 RB>RA，A 灯又并联变阻器，并联电阻 要小于 RB，所以 UB>U 并，B 灯烧毁。
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。
A．I＝Ur C．P 热＝Ur2
B．P＝IU＋I2r D．P 出＝IU－I2r
答案：D
解析：当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，不满足 欧姆定律，故 I≠Ur ，故 A 错误；电动机消耗的电功率 P＝UI， 故 B 错误；电动机的发热功率根据焦耳定律得到 P 热＝I2r，但 非纯电阻电路不能应用欧姆定律变形，故 C 错误；电动机的输 出功率是机械功率，根据能量守恒定律得，P 出＝P－P 热＝UI －I2r，故 D 正确。
不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W ＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率 都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。
即时讨论2
如图所示，电动机M的线圈电阻为r，接入电压恒为U的电源 时，电动机正常工作，此时电动机通过的电流为I，消耗的电 功率为P、线圈电阻的发热功率为P热、输出的机械功率为P出。 则下列关系式正确的是( )
第2章 恒定电流 第5节 焦耳定律
学习目标
理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷 ※※
所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。 ※※ 理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。
知道电功率和热功率的区别和联系，能区分电功和 ※
电热。
情景切入
为什么电视机、电风扇通电时间长了会发热？电流产生的热 量和哪些因素有关？
解析：表盘上的字样说明表盘转动 3000 转时，电路消耗 1 度电(1kW·h)，即在 2min＝120s 内，电路消耗3200000kW·h＝115 kW·h 的电能，所以 P＝Wt ＝115×3.6×106×1210W＝2000W，即空 调的耗电功率为 2000W。
答案：2000W
点评：要善于将所学的物理知识应用到日常生活实际，学
以致用。
易错点：将非纯电阻电路与纯电阻电路混淆导致错误
案例：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( )
正确答案：A
课堂小结
重点难点 一、串、并联电路中电功率的分析与计算 1．串联电路
各部分电路电流I相同，根据P＝I2R， 各电阻上的电功率与电阻成正比 功率关系总功率P＝UI＝ U1＋U2＋…＋Un I ＝P1＋P2＋…＋Pn
2．并联电路
各支路电压相同，根据P＝UR2，各支路 功率关系电阻上的电功率与电阻成反比
总功率P总＝UI＝U I1＋I2＋…＋In ＝P1＋P2＋…＋Pn
4．物理意义 反映电能转化为其他形式能的多少。
5．对电功的理解 ①从力的角度，电流做功的实质是___电__场__力___对电荷做功。 ②从能的角度，电流做功是__电__能___转化为其他形式能的过程， 电功的大小量度着电能的转化，它标志着电能转化为其他形 式的能。
知识点2、电功率
1.概念 电流所做的____功___跟完成这些功所用__时__间___的比值叫做 电功率。 2．表达式 P＝Wt ＝___U__I_____。 3．单位 __瓦__特______，符号 W。
内能
的能
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
2.电功与电热的计算公式比较
纯电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电路
电功 电热
W＝IUt＝I2Rt＝UR2t Q＝IUt＝I2Rt＝UR2t
电功率 热功率
P＝IU＝I2R＝UR2 P＝IU＝I2R＝UR2
非纯电阻电路 W＝IUt Q＝I2Rt P＝UI P＝I2R
[特别提醒]
知识点3、焦耳定律 1.焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟___电__流_____的二次方成 正比，跟导体的电阻及通电时间成____正__比____。 (2)表达式：Q＝____I2_R_t____。 2．热功率 (1)定义：单位时间内放出的热量。 (2)表达式：P＝Qt ＝____I_2R_____。
题型1、纯电阻电路中电功率的分析与计算 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下图中的哪一个( )
解析：判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定 电压，或电流是否是额定电流。
4．物理意义 表示电流做功的___快__慢____。
5．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 用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。
(2)实际功率：用电器_实__际___工__作__时消耗的电功率。为了保证 用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。
解析：电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源 获取的功率一部分转化为线圈的热功率，另一部分转化为电动 机的机械功率。
(1)电动机线圈上消耗的热功率为 P 热＝I2r＝1W。 (2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即 P 入＝UI＝5×1W＝5W 电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率，根据 P 入＝P 出＋P 热得 P 出＝P 入－P 热＝5W－1W＝4W。
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。
答案：C
题型2、非纯电阻电路中功率的分析与计算 如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝ 1Ω，电动机两端电压为5V，电路中的电流为1A，物体A重 20N。忽略一切摩擦，求： (1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？ (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10s内电动机可以把重物匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？
3．结论 无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各 电阻消耗的功率之和。
即时讨论1
用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热， 而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？
答案：通电导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流 相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻要大得多。 由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉 丝产生的热量要少得多。
A．U1<U2，Q1＝Q2
B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1>Q2
D．W1<W2，Q1<Q2
易错分析：本题易错选项及错误原因分析：B项，不清楚在非 纯电阻电路中公式U＝IR不再成立。 C项，由W＝UIt判断出 W1＝W2，考虑到电动机有机械能输出，由能量守恒判断得 Q1>Q2，实际上电动机和电阻两端的电压并不相等，欧姆定律 不适用。
知识点1、电功 1.定义
电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、 __电__路__中__的__电__流__I___、通电时间t三者的乘积。
2．表达式
W＝qU＝___U__It___。
3．单位
国际单位为____焦__耳____，符号为J。常用单位为千瓦时(kWh)， 亦称为“度”，1度＝__3_._6_×__1_0_6 _焦耳。
D项，正确判断出U1<U2后，由W＝UIt得W1<W2，由Q＝W得 Q1<Q2，实际上电流通过电动机做的功一部分转化为电热，另 一部分转化为机械能。
正确解答：电动机是非纯电阻，其两端电压U2>IR＝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。
(3)设物体 A 的重力为 G，t＝10s 内物体上升的高度为 h， 根据能量守恒定律得 P 出 t＝Gh
h＝PG出t＝4×2010m＝2m。 (4)这台电动机的机械效率为 η＝PP出 入×100%＝45×100%＝80%。
答案：(1)1W (2)5W 4W (3)2m (4)80%
题型3、探究·应用
二、纯电阻电路和非纯电阻电路
1．两种电路的比较
两种电路 比较内容
纯电阻电路
非纯电阻电路
除电阻外还包括能把电
元件特点 电路中只有电阻元件
能转化为其他形式能的
用电器
欧姆定律 服从欧姆定律 I＝UR
不服从欧姆定律：
U>IR
或
U I<R
电流做功全部转化为电热 电流做功除转化为内能
能量转化 即电能全部转化为导体的 外还要转化为其他形式
由 P＝UR2和已知条件可知，RA<RB。 对于 A 电路，由于 RA<RB，所以 UB>110V，B 灯被烧毁， 两灯不能正常发光。 对于 B 电路，由于 RB>RA，A 灯又并联变阻器，并联电阻 要小于 RB，所以 UB>U 并，B 灯烧毁。
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。
A．I＝Ur C．P 热＝Ur2
B．P＝IU＋I2r D．P 出＝IU－I2r
答案：D
解析：当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，不满足 欧姆定律，故 I≠Ur ，故 A 错误；电动机消耗的电功率 P＝UI， 故 B 错误；电动机的发热功率根据焦耳定律得到 P 热＝I2r，但 非纯电阻电路不能应用欧姆定律变形，故 C 错误；电动机的输 出功率是机械功率，根据能量守恒定律得，P 出＝P－P 热＝UI －I2r，故 D 正确。
不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W ＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率 都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。
即时讨论2
如图所示，电动机M的线圈电阻为r，接入电压恒为U的电源 时，电动机正常工作，此时电动机通过的电流为I，消耗的电 功率为P、线圈电阻的发热功率为P热、输出的机械功率为P出。 则下列关系式正确的是( )
第2章 恒定电流 第5节 焦耳定律
学习目标
理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷 ※※
所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。 ※※ 理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。
知道电功率和热功率的区别和联系，能区分电功和 ※
电热。
情景切入
为什么电视机、电风扇通电时间长了会发热？电流产生的热 量和哪些因素有关？