【小初高学习]2017-2018学年高中物理 第二章 恒定电流 第5节 焦耳定律教学案 新人教版选修

第5节 焦耳定律

一、电功和电功率┄┄┄┄┄┄┄┄① 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 和通电时间t 三者的乘积。

(2)公式：W ＝IUt 。

(3)国际单位：焦，符号为J 。

(4)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。

(5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。即电功是电能转化为其他形式的能的量度。

2．电功率

(1)定义：单位时间内电流所做的功。

(2)公式：P ＝W t

＝IU 。

(3)单位：瓦，符号：W 。

(4)意义：表示电流做功的快慢。 3．额定功率和实际功率

(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。当用电器两端电压达到额定电压U 额时，电流达到额定电流I 额，电功率也达到额定功率P 额，且P 额＝U 额I 额。

(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。

①[判一判]

1．电流做功的实质是电场力对电荷做功(√)

2．kW·h 是电功的单位，1 kW·h＝3.6×106

J(√) 3．电流做的功越多，电功率越大(×) 二、焦耳定律┄┄┄┄┄┄┄┄② 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)公式：Q ＝I 2

Rt 。

(3)对应单位：1 J ＝1 A 2

·Ω·s。

(4)适用范围：可求任何电路中的电热。 2．热功率

(1)定义：单位时间内产生的电热。 (2)公式：P ＝Q t

＝I 2

R 。 [说明]

1．纯电阻电路和非纯电阻电路

2.电功与电热的区别与联系

(1)纯电阻电路：W ＝Q ＝UIt ＝I 2

Rt ＝U 2R t ；P 电＝P 热＝UI ＝I 2

R ＝U 2R

。

(2)非纯电阻电路：电功W ＝UIt ，电热 Q ＝I 2

Rt ，W ＞Q ；电功率P 电＝UI ，热功率P 热＝

I 2

R ，P 电＞P 热。

②[判一判]

1．电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能(×)

2．电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程(√)

3．电功率越大，表示电流做功越多(×)4．焦耳定律的表达式为Q ＝I 2

Rt ，此式适用于任何电路(√)

[典型例题]

例1.额定电压都是110 V ，额定功率P A ＝100 W ，P B ＝40 W 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( )

[解析] 对灯泡有P ＝UI ＝U 2

R

，可知：R A U A ，且

有U B >110 V ，B 灯被烧毁，U A <110 V ，A 灯不能正常发光，A 错误。对于B 电路，由于R B >R A ，A 灯又并联变阻器，并联电阻更小于R B ，所以U B >U 并，B 灯被烧毁。对于C 电路，B 灯与变阻器并联电阻可能等于R A ，所以可能U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光。对于D 电路，若变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻，则U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光。比较C 、D 两个电路，由于C 电路中变阻器功率为(I A －I B )×110，而D 电路中变阻器功率为(I A ＋I B )×110，所以C 电路消耗电功率最小。

[答案] C [点评]

灯泡属于纯电阻用电器，一般计算中为了简便不考虑温度对阻值的影响(实际情况并不

这样)，由P 额＝U 2额

R

可知道灯泡的阻值，当加在它两端的电压变化时，它的实际功率要随之变

化而其电阻不变，灯泡的亮暗取决于实际消耗的电功率，而不能看额定功率。只有加在它两端的电压等于额定电压时，其实际功率才等于额定功率。

[即时巩固]

1．如图所示电路中，R 1＝R 3＜R 2＝R 4，在a 、b 两端接上电源后，设每

个电阻所消耗的电功率分别为P 1、P 2、P 3、P 4，则它们的大小关系是( )

A ．P 1＝P 3＜P 2＝P 4

B ．P 2＞P 1＞P 3＞P 4

C ．P 2＞P 1＞P 4＞P 3

D ．P 1＞P 2＞P 3＞P 4

解析：选B 根据并联电阻的特点，R 3、R 4两电阻的并联值R 34要小于R 3，所以根据串联电路中功率分配关系可知P 2＞P 1＞P 34。再根据并联电路中功率分配关系可知P 3＞P 4，故选项B 正确。

1.电动机模型

如图，电动机由线圈电阻和其他元件组成，电动机工作时，部分电压

加在线圈电阻上，大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能，此时电路为非纯电阻电路，通电但电动机不工作时，电压全部加在线圈电阻上，此时电路为纯电阻电路。

2．电动机的特性：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。

3．输入功率：电动机的总功率。计算公式：P 总＝UI 。 4．输出功率：电动机做有用功的功率。如图所示，P 出＝mg ·v (设重物匀速上升)。

5．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P 热＝I 2

r 。 6．功率关系：P 总＝P 出＋P 热。

7．电动机的效率：η＝

P 出

P 总

。 [注意]

在非纯电阻电路中，只能用W ＝UIt ，P ＝UI 计算电功和电功率；Q ＝I 2Rt 及P 热＝I 2

R 计