高中物理第二章6第5节焦耳定律课件选修31高二选修31物理课件

12/10/2021
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非纯电阻电路的功率计算 在非纯电阻电路中，要注意区别电功和电热，并应用能量守恒 定律解决问题． (1)电热 Q＝I2Rt. (2)电功 W＝UIt. (3)对电动机来说，能量守恒公式为 UIt＝E 机＋I2Rt 或 UI＝P 机 ＋I2R，其中 E 机、P 机为电动机输出的机械能和机械功率．
[解析] 题图中的两个支路分别为纯电阻电路(电炉)和非纯电 阻电路(电动机)．在纯电阻电路中可运用欧姆定律 I＝UR直接求 出电流，而非纯电阻电路中的电流只能运用干路和支路中电流 的关系求出．
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在非纯电阻电路中，电功大于电热，两者的差值才是有用功．根 据欧姆定律，通过电炉的电流为 I1＝UR＝11000 A＝10 A. 根据并联电路中的干路电流和支路电流的关系，则通过电动机 的电流为 I2＝30 A－I1＝20 A. 电动机的总功率为 P＝UI2＝100×20 W＝2×103 W.
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(2019·广 东 深 圳 高 二 检 测 ) 有 人 在 调 制 电 路 时 用 一 个
“100 kΩ，18 W”的电阻和一个“300 kΩ，18 W”的电阻串联，
作为 400 kΩ 的电阻使用，此时两串联电阻允许消耗的最大功率
为( )
1 A.2W
1 B.6W
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(3)公式 W＝UIt、W＝I2Rt 应用时应注意什么？W＝UIt 可以计 算热量吗？ 提示：W＝UIt 普遍适用，而 W＝I2Rt 只适用于纯电阻电路． 在纯电阻电路中，可以应用 W＝UIt 计算热量，而在非纯电阻 电路中不能应用 W＝UIt 计算热量.
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Pm＝I22(R1＋R2)＝13×18 W＋18 W＝16 W．故选 B. [答案] B
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有额定电压都是 110 V，额定功率 PA＝100 W， PB＝40 W 的电灯两盏，若接在电压是 220 V 的电路上，两盏电 灯均能正常发光，那么电路中消耗功率最小的电路是图中的哪 一个( )
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第二页，共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__(d_ià_nl_iú_)I___和通电时间 t 三者的乘积． (2)公式：W＝IUt. (3)国际单位：焦耳，简称焦，符号为 J. (4)意义：电流做功的过程电是能(_di_àn_n_én_g)__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 电功电是能(_di_àn_n_én_g)__转化为其他形式的能的量度．
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(3)电动机的发热功率 P 热＝I2Mr＝20 W 电动机输出的机械功率 P 出＝P 电－P 热＝530 W 又 P 出＝mgv，所以 m＝Pgv出＝53 kg. 答案：(1)5 A (2)550 W (3)53 kg
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第二章 恒定电流
第 5 节 焦耳定律
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第二章 恒定电流
1. 理 解 电 功 、 电 功 率 、 电 热 、 热 功 率 及 它 们 之 间 的 关 系． 2.应用焦耳定律解决相关问题．(重点) 3.区分电功和电 热，会在非纯电阻电路中正确计算电功和电热．(重点＋难点)
(2)公式：P＝Qt ＝___I_2R___．
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【自我检测】
判断正误 (1)电功是指电流通过一段电路所做的功，实质 是静电力在这段电路中所做的功，其表达式为 W＝UIt.( ) (2)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，表明就有多少电能转化为其他形式的能．( ) (3)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率，实 际功率大于其额定功率．( )
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2．电功率 (1)定义：单时位间__(s_hí_jiā_n_) _内电流所做的功． (2)公式：P＝Wt ＝___I_U___． (3)单位：瓦物，简称瓦，符号为 W. (4)意义：表示电流做功的快慢．
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二、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__(d_ià_n_zǔ_) _及通电时间成正比． (2)公式：Q＝___I2_R_t__． (3)适用范围：任何电路． 2．热功率 (1)定义：单位时间内产生电的热__(d_ià_nr_è)__．
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纯电阻电路中功率的计算 1．串、并联电路的功率分配关系 (1)串联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成正比，即RP11＝RP22 ＝…＝RPnn＝I2. (2)并联电路中各个电阻的电功率跟它的阻值成反比，即 P1R1 ＝P2R2＝…＝PnRn＝U2. (3)无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电 路中各电阻消耗的功率之和．
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(4) 焦 耳 定 律 的 表 达 式 为 Q ＝ I2Rt ， 此 式 适 用 于 任 何 电 路． ( ) (5)三个公式 P＝UI、P＝I2R、P＝UR2没有任何区别，它们表达 相同的意义，所以 P 即是电功率．( )
提示：(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
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如图所示是一提升重物用的直流电动机工作 时的电路图．电动机内电阻 r＝0.8 Ω，电路中另一电阻 R＝10 Ω. 直流电压 U＝160 V，电压表示数 UV＝110 V.
(1)求通过电动机的电流； (2)求输入电动机的电功率； (3)若电动机以 v＝1 m/s 的速度匀速竖直向上提升重物，则该重 物的质量为多少？(g 取 10 m/s2)
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2．如表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息， 可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为
()
型号
DF－938
额定功率
900 W
额定电压
220 V
额定容量
1.2 L
A．6.8 A
B．4.1 A
C．1.2 A
D．0.24 A
解析：选 B.由铭牌读出电热水壶额定功率为 P＝900 W，额
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探究思考 (1)举例并从能量转化的角度说明纯电阻电路和 非纯电阻电路的区别？ 提示：纯电阻电路中电能全部转化为内能，非纯电阻电路中电 能一部分转化为内能、一部分转化为其他形式的能． (2)在纯电阻电路中，电功和电热，电功率和热功率之间有什么 样的关系？在非纯电阻电路中，电功和电热，电功率和热功率 之间又是什么样的关系？ 提示：纯电阻电路中 W＝Q，P 电＝P 热， 非纯电阻电路中 W＞Q，P 电＞P 热．
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A．电动机在额定电压下工作时，额定电流为 25 A B．蓄电池充满电时能储存 5 760 J 的能 C．蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作 4.8 h D．电动机在额定电压下工作 1 h，流过的电荷量为 4.32×105 C 解析：选 AC.由 P＝UI 知，电动机在额定电压下的额定电流为 I＝UP＝25 A，选项 A 正确；蓄电池储存的电能最多为 E＝ UQ≈2.07×107 J，选项 B 错误；最长工作时间 T＝EP＝17 250 s ≈4.8 h，选项 C 正确；电动机在额定电压下工作 1 h，流过的 电荷量 q＝It＝25×3 600 C＝9×104 C，选项 D 错误．
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解析：选 C.由 P＝UR2和已知条件可知，RA<RB.对于 A 电路，由 于 RA<RB，所以 UB>110 V，B 灯被烧毁，两灯不能正常发光．对 于 B 电路，由于 RA<RB，A 灯又并联变阻器，并联电阻更小于 RB，所以 UB>U 并，B 灯烧毁．对于 C 电路，由于 B 灯与变阻 器的并联电阻可能等于 RA，所以可能 UA＝UB＝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 并 联电阻，则 UA＝UB＝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(IA－IB)×110 V，而 D 电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110 V，所以 C 电路消耗的电功 率最小．
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因电动机发热而损耗的功率为 P′＝I22r＝400 W， 电动机的有用功率(机械功率)为 P″＝P－P′＝1.6×103 W， 电动机通电 1 min 做的有用功为 W＝P″t＝1.6×103×60 J＝9.6×104 J. [答案] 20 A 9.6×104 J
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2．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． 3．在纯电阻电路中，P＝UI＝UR2＝I2R，此类题目主要考查串、 并联电路的特点以及公式 P＝UI、P＝UR2和 P＝I2R 的灵活选择 及应用．
定电压为 U＝220 V；由 P＝UI 得，通过电热水壶额定电流
为：I＝UP＝920200 A≈4.1 A.
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3．(多选)马路上的“微公交”是用蓄电池对车上的电动机供 电，电动机为车提供动力．若车上蓄电池输出电压为 48 V，电 池容量为 120 A·h，电动机额定电压为 48 V，额定功率为 1.2 kW，则( )
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解决电动机问题的一般方法 (1)电动机两端的电压 UM、通过的电流 IM 的求解是关键，但由 于不是纯电阻电路不满足欧姆定律，UM、IM 都是利用电路规律 间接求解的． (2)对电动机而言，求电功率用 P 电＝IMUM，求热功率用 P 热＝ I2Mr，求输出机械功率用 P 出＝P 电－P 热． (3)电动机输出的机械功率还可用 P 出＝F 牵·v.
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解析：(1)由电路中的电压关系可得电阻 R 两端的电压 UR＝U－UV＝(160－110)V＝50 V 流过电阻 R 的电流 IR＝URR＝5100 A＝5 A 即通过电动机的电流 IM＝IR＝5 A. (2)电动机两端的电压 UM＝UV＝110 V 输入电动机的功率 P 电＝IMUM＝550 W.
C.18W
D.14W
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[解析] 由 P＝I2R 可知，流过两电阻的电流
I1＝ RP＝
1 1008000≈0.001 A.
I2＝ RP＝
1 3008000≈0.000 65 A.
则串联时的最大电流约为 0.000 65 A；此时 300 kΩ 的电阻达到
额定值，100 kΩ 电阻消耗的功率为其功率的13；则有最大功率
1．(多选)关于电功和电功率，下列说法正确的是( ) A．电流做功就是电场力对电荷做功，从而把电能转化为其他 形式的能 B．电功率越大，电流做功越多 C．电功率越大，电流做功越快 D．在相等时间内，额定功率越大的用电器，电流做功一定越 多
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解析：选 AC.从电功实质可知 A 正确．电功率是描述电流做功 快慢的物理量，B 错误，C 正确．额定功率是用电器正常工作 时的功率，而电流做功的多少由用电器的实际功率和做功所用 时间共同决定，D 错误．
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如图所示的电路中，电炉电阻 R＝10 Ω，电动机线圈的 电阻 r＝1 Ω，电路两端的电压 U＝100 V，电流表的示数为 30 A， 问通过电动机的电流为多少？通电 1 min，电动机做的有用功 为多少？
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[思路点拨]