高中物理第二章恒定电流5焦耳定律课件选修31高二选修31物理课件
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12/12/2021
(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？ 答案 8 W 解析 电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率 P＝Ur2 ＝02.25 W＝8 W.
12/12/2021
例5 小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡 并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图1所 示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求： (1)通过电动机的电流；
12/12/2021
例3 额定电压都是110 V、额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的灯泡两盏，若接 在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路 是
12/12/2021
√
三、非纯电阻电路功率的分析与计算
1.电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI. (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r. (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝IU－I2r. (4)电动机的效率：η＝PP出 入×100%＝IUI－UI2r×100%.
答案 0.6 A 图1
解析 流经灯泡的电流 IL＝UPL＝44 A＝1 A 流经电阻 R 的电流 IR＝U－RUL＝125－4 A＝1.6 A
流经电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A.
12/12/2021
(2)电动机的输出功率P出；
答案 2.04 W 解析 电动机消耗的总功率P′＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W 电动机的热功率 P热＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W 电动机的输出功率P出＝P′－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W
12/12/2021
针对训练 如图2所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”
的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则
A.电解槽消耗的电功率为120 W
B.电解槽的发热功率为60 W
√C.电解槽消耗的电功率为60 W
D.电路消耗的总功率为60 W
4.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路
举例
白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅
非纯电阻电路 电动机、电解槽
能量转化情况
电功和电热的 关系
12/12/2021
W＝Q 即IUt＝I2Rt
W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他
电功率和热 功率的关系
欧姆定律是 否成立
P＝P热， U＝即IIRU，＝II＝2RUR
12/12/2021
2.电功率 (1)定义：单位 时间 内电流所做的功. (2)公式：P＝Wt ＝ UI . (3)单位： 瓦特 ，符号为 W . (4)意义：表示电流做功的 快慢 .
12/12/2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＝ I2Rt . 2.热功率 (1)定义： 单位时间 内的发热量称为热功率. (2)表达式：P＝ I2R . (3)物理意义：表示电流 发热快慢 的物理量.
12/12/2021
(2)求电动机正常工作时的输出功率； 答案 1.5 W 解析 电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2× 1 W＝2 W 线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W 则电动机正常工作时的输出功率P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W
成立
P＝P热＋P其他 即UIU＞＝IRI，2RI＋＜PUR其他
不成立
12/12/2021
W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率
2
2
例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＝UR2 t只适用于纯电阻电路 √C.在非纯电阻电路中，UI>I2R √D.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
12/12/2021
第二章 恒定电流
5 焦耳定律
物理观念：
学科素养与目标要求
1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.
2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.
科学思维：
1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算. 2.了解公式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q ＝ UR2t(P＝UR2) 的适用条件.
重点探究
12/12/2021
一、电功和电热的理解
导学探究 电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ 答案 电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转 化为内能.
12/12/2021
知识深化 1.电功和电功率： W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路. 2.电热和热功率： Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生 的电热和热功率. 3.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能. (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电 阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能 等其12他/12/形2021式的能.
答案 6 A
解析 电瓶车匀速运动时，F＝Ff＝7.2 N， 由P＝Fv可知，电瓶车输出功率：P＝×5 W＝36 W， 电动机的输出功率P出＝UI－I2r＝36 W， 代入数据得：12I－I2＝36 W， 计算得出：I＝6 A.
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12/12/2021
3.通过有关实例，让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系.
12/12/2021
内容索引
NEIRONGSUOYIN
自主预习 重点探究 达标检测
预习新知 夯实基础 启迪思维 探究重点 检测评价 达标过关
12/12/2021
自主预习
12/12/2021
一、电功和电功率
1.电功 (1)电功是指电路中 静电 力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是 电 能转化为其他形式能的过程. (2)电功的计算公式：W＝ IUt . 单位： 焦耳 ，符号为 J . 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“ 度”，1 kW·h＝ ×106 J.
12/12/2021
即学即用
1.判断下列说法的正误. (1)电功率越大，表示电流做功越多.( × )
(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.( √ ) (3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.( √ ) (4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电
√A.R2＝9R1
B.R2＝6R1
图4 C.R2＝3R1
D.R1＝R2
解析 设每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总
电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1＝PR2，即(3I)2R1＝I2R2，
故R2＝9R1，所以选项A正确.
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4.(非纯电阻电路功率的计算)(2018·清华附中期中)小电瓶车的电源电动势为12 V， 电源内阻不计，电动机线圈电阻为1 Ω，当它以5 m/s的速度在水平地面匀速行 驶时，受到的摩擦力为7.2 N，求此时通过电动机线圈的电流.
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(3)电动机的效率.
答案 85% 解析 电动机的效率：η＝PP′出 ×100%＝22..044×100%＝85%.
12/12/2021
[学科素养] 通过以上两题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式，并能区别 应用电功率、热功率的相关公式进行相关计算，充分体现了“物理观念”和 “科学思维”的学科素养.
12/12/2021
例4 (2018·九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时， 电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电 动机正常工作，工作电流是1 A. (1)求这台电动机的内阻； 答案 0.5 Ω 解析 电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻 r＝UI00＝00..24 Ω＝0.5 Ω
B.P＝UR2
√C.P＝IU
D.P＝I2R＋UR2
图3
解析 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，
C正确.
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2.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同， 都通过相同的电流且正常工作，在相同时间内
√A.电炉放热与电动机放热相等 √B.电炉两端电压小于电动机两端电压
1.(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户
居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、
电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使
用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可
以用的公式是
A.P＝I2R
图2
解析 灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流I＝I灯
＝161 A，则电解槽消耗的电功率P＝P灯＝60 W，A错，C对；
电解槽的发热功率P热＝I2R内≈1.3 W，B错；
整个电路消耗的总功率P总＝220×
6 11
W＝120
W，D错.
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达标检测
12/12/2021
热.
√
()
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2.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为
I 2
，
Q
则在时间t内产生的热量为 2 .
解析 根据 Q＝I2Rt 得，电阻变为原来的 2 倍，电流变为原来的12，时间不变，
Q′＝2I 2·2R·t＝12I2Rt＝12Q.
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例2 (2018·西安高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用， 则在同样的时间内 A.由Q＝I2Rt可知，电炉的发热量减小 B.由Q＝UIt可知，电炉的发热量不变
√C.由Q＝UR2 t可知，电炉的发热量增大
D.无法确定
解析 将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端 的电压U不变，因此由公式Q＝UR2 t可知，在相同时间t内，电炉的发热量Q增大， 选项C正确.
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
√D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
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3.(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路， 通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两 电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足
12/12/2021
二、纯电阻电路中的功率分配及计算
1.在纯电阻电路中，由于 W＝Q，I＝UR，所以有 UI＝I2R＝UR2. 2.串、并联电路中的功率关系
功率分配
串联电路 PP12＝RR21
并联电路 PP12＝RR12
总功率
P＝P1＋P2＋…＋Pn
P＝P1＋P2＋…＋Pn
12/12/2021
3.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫做额定功率.当实际电压达到额定电压 时，实际功率等于额定功率. (2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率.
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2.串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…)I＝P1＋P2＋P3＋… (2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…)＝P1＋P2＋P3＋… 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是 非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.
(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？ 答案 8 W 解析 电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率 P＝Ur2 ＝02.25 W＝8 W.
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例5 小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡 并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图1所 示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求： (1)通过电动机的电流；
12/12/2021
例3 额定电压都是110 V、额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的灯泡两盏，若接 在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路 是
12/12/2021
√
三、非纯电阻电路功率的分析与计算
1.电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI. (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r. (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝IU－I2r. (4)电动机的效率：η＝PP出 入×100%＝IUI－UI2r×100%.
答案 0.6 A 图1
解析 流经灯泡的电流 IL＝UPL＝44 A＝1 A 流经电阻 R 的电流 IR＝U－RUL＝125－4 A＝1.6 A
流经电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A.
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(2)电动机的输出功率P出；
答案 2.04 W 解析 电动机消耗的总功率P′＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W 电动机的热功率 P热＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W 电动机的输出功率P出＝P′－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W
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针对训练 如图2所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”
的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则
A.电解槽消耗的电功率为120 W
B.电解槽的发热功率为60 W
√C.电解槽消耗的电功率为60 W
D.电路消耗的总功率为60 W
4.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 纯电阻电路
举例
白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅
非纯电阻电路 电动机、电解槽
能量转化情况
电功和电热的 关系
12/12/2021
W＝Q 即IUt＝I2Rt
W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他
电功率和热 功率的关系
欧姆定律是 否成立
P＝P热， U＝即IIRU，＝II＝2RUR
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2.电功率 (1)定义：单位 时间 内电流所做的功. (2)公式：P＝Wt ＝ UI . (3)单位： 瓦特 ，符号为 W . (4)意义：表示电流做功的 快慢 .
12/12/2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＝ I2Rt . 2.热功率 (1)定义： 单位时间 内的发热量称为热功率. (2)表达式：P＝ I2R . (3)物理意义：表示电流 发热快慢 的物理量.
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(2)求电动机正常工作时的输出功率； 答案 1.5 W 解析 电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2× 1 W＝2 W 线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W 则电动机正常工作时的输出功率P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W
成立
P＝P热＋P其他 即UIU＞＝IRI，2RI＋＜PUR其他
不成立
12/12/2021
W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率
2
2
例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＝UR2 t只适用于纯电阻电路 √C.在非纯电阻电路中，UI>I2R √D.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
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第二章 恒定电流
5 焦耳定律
物理观念：
学科素养与目标要求
1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.
2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.
科学思维：
1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算. 2.了解公式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q ＝ UR2t(P＝UR2) 的适用条件.
重点探究
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一、电功和电热的理解
导学探究 电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ 答案 电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转 化为内能.
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知识深化 1.电功和电功率： W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路. 2.电热和热功率： Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生 的电热和热功率. 3.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能. (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电 阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能 等其12他/12/形2021式的能.
答案 6 A
解析 电瓶车匀速运动时，F＝Ff＝7.2 N， 由P＝Fv可知，电瓶车输出功率：P＝×5 W＝36 W， 电动机的输出功率P出＝UI－I2r＝36 W， 代入数据得：12I－I2＝36 W， 计算得出：I＝6 A.
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3.通过有关实例，让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系.
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预习新知 夯实基础 启迪思维 探究重点 检测评价 达标过关
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一、电功和电功率
1.电功 (1)电功是指电路中 静电 力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是 电 能转化为其他形式能的过程. (2)电功的计算公式：W＝ IUt . 单位： 焦耳 ，符号为 J . 常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“ 度”，1 kW·h＝ ×106 J.
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即学即用
1.判断下列说法的正误. (1)电功率越大，表示电流做功越多.( × )
(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.( √ ) (3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.( √ ) (4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电
√A.R2＝9R1
B.R2＝6R1
图4 C.R2＝3R1
D.R1＝R2
解析 设每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总
电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1＝PR2，即(3I)2R1＝I2R2，
故R2＝9R1，所以选项A正确.
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4.(非纯电阻电路功率的计算)(2018·清华附中期中)小电瓶车的电源电动势为12 V， 电源内阻不计，电动机线圈电阻为1 Ω，当它以5 m/s的速度在水平地面匀速行 驶时，受到的摩擦力为7.2 N，求此时通过电动机线圈的电流.
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(3)电动机的效率.
答案 85% 解析 电动机的效率：η＝PP′出 ×100%＝22..044×100%＝85%.
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[学科素养] 通过以上两题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式，并能区别 应用电功率、热功率的相关公式进行相关计算，充分体现了“物理观念”和 “科学思维”的学科素养.
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例4 (2018·九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时， 电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电 动机正常工作，工作电流是1 A. (1)求这台电动机的内阻； 答案 0.5 Ω 解析 电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻 r＝UI00＝00..24 Ω＝0.5 Ω
B.P＝UR2
√C.P＝IU
D.P＝I2R＋UR2
图3
解析 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，
C正确.
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2.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同， 都通过相同的电流且正常工作，在相同时间内
√A.电炉放热与电动机放热相等 √B.电炉两端电压小于电动机两端电压
1.(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户
居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、
电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使
用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可
以用的公式是
A.P＝I2R
图2
解析 灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流I＝I灯
＝161 A，则电解槽消耗的电功率P＝P灯＝60 W，A错，C对；
电解槽的发热功率P热＝I2R内≈1.3 W，B错；
整个电路消耗的总功率P总＝220×
6 11
W＝120
W，D错.
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2.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为
I 2
，
Q
则在时间t内产生的热量为 2 .
解析 根据 Q＝I2Rt 得，电阻变为原来的 2 倍，电流变为原来的12，时间不变，
Q′＝2I 2·2R·t＝12I2Rt＝12Q.
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例2 (2018·西安高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用， 则在同样的时间内 A.由Q＝I2Rt可知，电炉的发热量减小 B.由Q＝UIt可知，电炉的发热量不变
√C.由Q＝UR2 t可知，电炉的发热量增大
D.无法确定
解析 将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端 的电压U不变，因此由公式Q＝UR2 t可知，在相同时间t内，电炉的发热量Q增大， 选项C正确.
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
√D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
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3.(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路， 通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两 电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足
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二、纯电阻电路中的功率分配及计算
1.在纯电阻电路中，由于 W＝Q，I＝UR，所以有 UI＝I2R＝UR2. 2.串、并联电路中的功率关系
功率分配
串联电路 PP12＝RR21
并联电路 PP12＝RR12
总功率
P＝P1＋P2＋…＋Pn
P＝P1＋P2＋…＋Pn
12/12/2021
3.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫做额定功率.当实际电压达到额定电压 时，实际功率等于额定功率. (2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率.
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2.串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…)I＝P1＋P2＋P3＋… (2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…)＝P1＋P2＋P3＋… 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是 非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.