高中物理课件 焦耳定律

[解析]
当电流表和电压表的示数为 0.5 A 和 1.0 V 时，
电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻消耗电能，其阻 U1 1.0 值 r＝ I ＝0.5 Ω＝2 Ω。当电动机正常工作时，电流表、电 1 压表示数分别为 2.0 A 和 15.0 V，
则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W，
[名师点睛] U (1)对非纯电阻电路有 P 电＝UI>I R，此时 I<R或 U>IR，
2
绝不能乱套用公式。 (2)注意区分电动机的几种功率， 从能量守恒角度去分析 和考虑电动机问题。
2．在研究微型电动机的性能 时，可采用如图2－5－3所示的实 验电路。当调节滑动变阻器R，使 电动机停止转动时，电流表和电压 图2－5－3
1．纯电阻电路和非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过导体时，电能全部转化为 内能的电路，如电炉、白炽灯等的电路。 (2)非纯电阻电路：电流通过导体时，仅有一部分电 能转化为内能的电路，如电动机等的电路。
2．两种电路的比较 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 服从欧姆定律
2
3．电路中功率关系
无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率都
等于各电阻消耗的功率之和。
[名师点睛]
(1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求
解会使问题简化，但一定要找准是正比还是反比关系。 (2)当分析用电器的功率问题时，既要分清用电器的 特点，还要明白求的是总功率还是发热功率。
1．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，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图2 －5－2中的哪一个 ( )
表的示数分别为0.5 A和 1.0 V；重新调节R，使电动机恢复
正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V。
求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。
[审题指导] (1)电动机不运转时相当于纯电阻，由欧姆定律求线 圈电阻。 (2)根据能量守恒求电动机正常运转时的输出功率。
答案：35 W
1W
（1）电流通过导体做功将电能转化为其他形式的能，在 U2 纯电阻电路中 W＝UIt＝ R t＝I2Rt，而 W＝UIt 用于任何电路。 （2）电功率表示电流做功的快慢，其计算式与电功计算 式对应。
（3） 焦耳定律是描述电能转化为热能的定律。 Q＝UIt 适用 U2 于任何电路，而 Q＝ R t 及 Q＝I2Rt 仅用于纯电阻电路。
②公式的推导：由
电功W＝ IUt
W、I、U、t的单位分别为焦耳(J)、 安培(A) 、 伏特(V) 、 秒(s) 。
(2)电功率 ①物理意义：表示电流做功 快慢 的物理量 ②定义： 单位时间 内电流所做的功 W ③公式、单位：P＝ t ＝ IU ，其单位为 瓦特(W)
2．焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟 电流 的二次 正比 方成正比，跟导体的电阻及通电时间成 (2)表达式：Q＝ I2Rt 。 。
新知预习〃巧设计
第 二 章 第 5 节 焦 耳 定 律
恒 定 电 流
名师课堂 〃一点通
要点一
要点二
创新演练 〃大冲关
随堂检测归纳小结 课下作业综合提升
1．从能量转化的角度理解电功和电
功率。
2．掌握焦耳定律，明确电功和电
热的区别。
3．知道纯电阻电路和非纯电阻电路。
[读教材·填要点]
1．电功和电功率 (1)电功： ①实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做 功，把 电能 转化为 其他形式 的能。
线圈电阻的热功率P热＝Ir＝2.02×2 W＝8.0 W，
所以P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W。
[答案] 22.0 W

2Ω
对于纯电阻电路和非纯电阻电路，判断方法是从能 量转化的角度区分，而不能简单地认为只要有电动机的 电路就是非纯电阻电路。当电动机不转动时，消耗的电 能全部转化为内能，此时它就是一个纯电阻。当电动机 转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时电路才
3．电热功率 (1)定义：单位时间内的发热量。 Q 2 (2)公式：P＝ t ＝ I R 。
[试身手·夯基础] 1．电流通过一段电路时，自由电荷在电场力的作用下发 生_______，_______对自由电荷做功。设一段电路两端 的电压为U，通过的电流为I。在时间t内通过这段电路 任一横截面的电荷量为________(图2－5－1)，这相当于 在时间t内将电荷q由这段电路的一端移动到另一端。从 上一章讲的可知，电场力所做的功W＝________，而q ＝It，所以W＝________。
答案：1.82
7.2×105
1．电功 电路中保持持续电流的过程，就是静电力移动自由 电荷不断做功的过程。静电力做了多少功(也说电流做了 多少功)，就有多少电能转化为其他形式的能，因此说电
功是电能转化为其他形式的能的量度。
2．电功与电热 电功是从电场理论出发的概念，是减少的电势能的 量度，因此不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，W＝ UIt(P＝UI)都是成立的。电热是电流流经电路时，在电路 中引起的发热现象，焦耳定律是专门计算电热的公式：Q
图2－5－1 答案：定向移动 电场力 It qU UIt
2．电流强度是2 A的恒定电流，通过阻值是100 Ω的纯电
阻，在5 min内消耗的电能是________焦耳。
解析：由Q＝I2Rt可得：
Q＝22×100×5×60 J＝1.2×105 J。 答案：1.2×105
3．一台功率为400 W 的洗衣机，工作电压是220 V，连
＝I2Rt(P＝I2R)。
对于非纯电阻电路，消耗的电能一部分转化为内能，一 部分转化为其他形式的能，即消耗的电能＝I2Rt(电热)＋其 U2 他形式的能。因此，电功率 P＝UI≠I R≠ R 。
2
总之，用 UIt 来计算电功，在任何条件下都是可以的， 用 I2Rt 来计算电热，在任何条件下都是可以的。只有在纯 U2 电阻电路中才有 W＝UIt＝I Rt＝ R t。
能转化为其他形式能的
用电器 不服从欧姆定律
欧姆定律
两种电路 比较内容
纯电阻电路
非纯电阻电路 电流做功除转化为内 能外还要转化为其他 形式的能 电动机、电解槽等
能量转化
电流做功全部转 化为电热 电阻、电炉丝、
元件举例
白炽灯等
3．两种电路中电功与电热的关系 U2 (1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝ R t U2 P 电＝P 热＝UI＝I2R＝ R 。 (2)非纯电阻电路：电功 W＝UIt，电热 Q＝I2Rt，W>Q； 电功率 P＝UI，热功率 P 热＝I2R，P>P 热。
续工作0.5 h，洗衣机的工作电流是________A，所消
耗的电能为________J。
P 400 解析：根据 P＝UI，洗衣机的工作电流 I＝U＝ A＝1.82 220 A ， 根 据 W ＝ P·， 洗 衣 机 所 消 耗 的 电 能 W ＝ P·＝ t t 400×30×60 J＝7.2×105 J。
是非纯电阻电路。
1．(对应要点一)下列关于电功的说法中，错误的是(
)
A．导体内电场力移送电荷所做的功叫做电功
B．电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的
过程
C．电流做功消耗的能量，由电源来供给
D．电功就是电能
解析：功是能量转化的量度，它们的单位都是焦耳，但
功不能说就是能。故D错误。
答案：D
图2－5－2
[审题指导]
解决此类问题时，应把握以下两点：
(1)保证用电器正常工作。 (2)电压一定时，总电阻值最大，消耗总功率最小。
[解析]
若要两灯均正常发光，亦即每灯的电压均为
110 V，对A电路，因为RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B灯将被烧坏；对B电路UB＞U并，B灯将被烧坏；对C 电路，RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻，所以UA可 能等于UB，等于110 V，两灯可能正常发光，且电路消耗
总功率为200 W，对D电路，变阻器可能等于两灯并联后总
电阻，可能有UA＝UB＝U并＝110 V，两灯可能正常发光，
且电路中消耗总功率为280 W。
[答案] C
在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知 条件灵活选用公式，如用电器电流相同时，用 P＝I2R 比较， U2 若电压相同时用 P＝ R 比较，若电阻相同时，可根据 I 或 U 的关系比较。
2．(对应要点二)规格为“220 V
36 W”的排气扇，线圈的
电阻为40 Ω，求接上220 V电压后，排气扇转化为机械
能的功率和发热功率。
P 36 解析：排气扇正常工作的电流 I＝U＝220 A≈0.16 A， 发热功率 P 热＝I2R＝0.162×40 W≈1 W， 转化为机械能的功率 P 机＝P－P 热＝36 W－1 W＝35 W。
（4） 无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路中均满足能量守恒。
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