2.5节焦耳定律

3.情感态度与价值观
★ 通过学习本节的内容，关注焦耳定律在生 活、生产中的应用。
教学重难点
重点：
☆ 电功与电功率的内容及区别；
☆ 焦耳定律的内容及解题中的应用； ☆ 焦耳定律在生活、生产中的应用。
难点：
☆ 焦耳定律在生活、生产中的应用。
知识导航
1.电功和电功率 2.焦耳定律
1.电功和电功率
电炉通电时，电能转化为内能；电动机通电 时，电能转化为机械能；蓄电池充电时，电能转 化为化学能。
+ q
U q
q
下面我们根据学过的知识推导一下电功和 电功率的公式。
W=qU
q=It
W=UIt
上式表示，电流在一段电路上所做的功 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三者的成积。 电功定义： 在一段电路中电场力所做的功，也就是 通常说的电流所做的功，简称电功。 讲完电功让我们在了解 一下电热。 电热定义：电流通过电阻时产生的热量。
热功率： 单位时间内发热的功率P=Q/t通常 称为热功率。
由公式Q=I2Rt可得热功率为
P=I2R
W=UIt和Q=I2Rt，或者P=UI和P=I2R，意 义是不相同的。 P=UI表示输入给一段电路的全部 电功率，或者说这段电路上消耗的全部电功率。
P=I2R是这段电路上因发热而消耗的功率。在 电路中只有电阻元件时，二者是相等的（如甲 图）。当电路中有电动机、电解槽等用电器时， 电能要分别转化成机械能、化学能等，只有一 部分转化成内能，这是电功率大于热功率，二 者并不相等。
1.答：设电阻R1消耗的电功率为P1，电阻R2消耗的 电功率为P2，… （1）串联电路中各处电流相等，设电流为I，则电 功率
P1=I2R1，P2=I2R2，…
Hale Waihona Puke P1 : P2 : … = I2R1 : I2R2 : …
P1 : P2 : … = R1 : R2 : …
此式说明串联电路中各电阻消耗的电功率与其电阻 成正比。
M
高考链接
1.（2006年重庆，23）三只灯泡L1、L2和L3 的额定电压分别为1.5V、1.5V和2.5V，它们的额 定电流都为0.3A。若将它们连接成图甲、乙所示 的电路，且灯泡正常发光， （1）试求 图甲电路的总电流和电阻R2消耗的 电功率； （2）分别计算两点路电源提供的电功率，并 说明哪个电路要节能。
L1 R1 L1
L 2 L3
L2 L3 S 甲
R3
R2 S
乙
答案：（1）0.9A
0.045W
（2）2.7W
1.8W 图乙电路比图甲电路节能。
解析：（1）由题意，在图甲电路中：
电路的总电流I总=IL1+IL2+IL3=0.9A
U路端=E-I总r=2.55V
UR2=U路端-UL3=0.05V
IR2=I总=0.9A
电功率定义： 单位时间内电流所做的功叫做电功 率。
W P UI t
上式表示，一段电路上的电功率P等于这段 电路两端的电压U和电路中的电流I的乘积。
在以上两个公式中，电流、电压、时间的单 位分别是安培（A）、伏特（V）、秒（s），电 功、电功率的单位分别是焦耳（J）和瓦特 （W）。
学了电功率以后，我们稍微了解一下额定 功率和实际功率。 额定功率： 是指用电器在正常工作的条件下应加 的电压，在这个条件下它消耗的功率 就是额定功率率，流经它的电流就是 额定电流。 实际功率： 如果用电器在实际使用时，加在其上 的实际电压不等于额定电压，它消耗 的功率也不再是额定功率，这就是实 际功率。
Q=I2Rt
注意
W=UIt，Q=I2Rt分别是电功、电热的定义式， 适用任何电路中电功、电热的计算，从能的转化 角度看，在纯电阻电路中，消耗的电 能全部转化为内能。 可以通过不同形式计算电功和电热，在非纯电阻 电路中，消耗的电能除转化为内能外，还转化为 机械能或化学能等，因此有W>Q,此时U>IR（欧 姆定律不成立），因此电功和电热只能通过定义 计算。
（2）公式P=I2R适用于计算任何电路的电功率；
（3）公式P=I2R适用于计算任何电路的热功率； （4）公式P=U2/R适用于计算任何电路的热功率。 A.仅有（1） B.仅有（3）
C.仅有（1）（3）
D.仅有（2）（4）
3.用电器的电功率等于额定电功率时，加 等于 在用电器两端电压______用电器的额定电压 （填“等于”、“不等于”），通过用电器 等于 的电流_______用电器的额定电流。
电阻R2消耗功率PR2=IR2UR2=0.045W.
（2）图甲电源提供的电功率
P IE 0.9 3W 2.7W
图乙电源提供的电功率
P I E 0.3 6W 1.8W
由于灯泡都正常发光，两电路有用功率相等， 而 P P 所以图乙电路比图甲电路节能。
问题与练习
课堂练习
1.关于三条公式：（1）P=IU，（2）P=I2R， （3）P=U2/R，下列叙述正确的是：（ B ） A.公式（1）适用于任何电路的电热功率；
B.公式（2）适用于任何电路的电热功率；
C.公式（1）（2）（3）适用于任何电路电 功率； D.上述没有一个正确。
2.关于公式的适用条件，下列说法正确的是： （ C ） （1）公式P=IU适用于计算任何电路的电功率；
分析与解答 （1）电动机不转动时，在电路中起作用的只是电 动机线圈的电阻，可视为纯电阻电路，如甲图所示， 由欧姆定律得电动机线圈内阻R=U/I=1 。
（2）电动机转动时，其等效电路图如乙图 所示（M为电动机符号）P入=I1U1=0.8 2=1.6W 由能量守恒得：P入=I12R+P机 P机=P入-I2R=1.6-0.82 I R U 甲 1=0.96W。 I R U1 乙 所以
2.焦耳定律
电流做功时，消耗的是电能。究竟电能会转 化为那种形式的能，要看电路中具有那种类型的 元件。
在得出焦耳定律的定义之前，我们先介绍一 下纯电阻电路和非纯电阻电路。
纯电阻电路定义： 只含白炽灯、电炉等电热元件 的电路。 非纯电阻电路定义： 除含有电阻外，还包含有电动 机，电解槽等的电路。
我们知道，电场力对电荷做功的过程，是电 能转化为其他形式能量的过程。 在真空中，正电荷由电势高的某处移向电势 低的另一处时，电场力对电荷做正功，电荷做加 速运动，减少的电势能转化为电荷的动能。 在电阻元件中电能的转化情况与真空中有所 不同。在金属导体中，除了自由电子，还有金属 正离子。在电场力的作用下，做加速定向移动的 自由电子要频繁地与离子发生碰撞，并把定向移 动的动能传给离子，使离子的热运动加剧。平均 来看，可以认为大量自由电子以某一不变的速率 做定向移动。可见，在电阻元件中，通过自由电 子与离子的碰撞，电能完全转化成内能。
一题多解
解法一：由P额=U2额/R，得：R=U2额/P额 =2202/40=1210（Ω）。
U实为110V时，P实=U实2/R=1102/1210=10（W）；
U实为55V时， P实=U实2/R=552/1210=2.5（W）；
U实为440V时，超过了额定电压的1倍，故灯 泡烧坏，I=0，P实=0.
电流通过纯电阻电路做功时，电能全部 转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功 W就等于这段电路发出的热量Q，即
Q=W=IUt
由欧姆定律 U=IR
代入上式后可得热量Q的表达式
Q=I2Rt
由此我们得出焦耳定律的定义 焦耳定律定义： 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。
导入新课
图 中 是 一 电 炉 。
你知道它 在通电时， 能量是如 何转化的 吗？
大家对图中东西 应该不陌生吧， 它们是生活中常 用的电动机。
你知道它 在通电时， 能量是如 何转化的 吗？
以下是几种不同型号的蓄电池。
你知道它是怎样进行充电的吗？
第二章
恒定电流
第五节 焦耳定律
教学目标
1.知识与能力
在一段电路中电场力所做的功，也就 是通常说的电流所做的功，简称电功。
电 功
Q=I2Rt
电流在一段电路上所做的功等于这段 电路两端的电压U、电路中的电流I和 通电时间t三者的成积
单位时间内电流所做的功叫做电功率。
电 功 率
W P UI t
一段电路上的电功率P等于这段电路两 端的电压U和电路中的电流I的乘积
R W 甲 Q=W
例如一台电动机，额定电压是220V，线圈 电阻是0.4 ，在额定电压下通过的电流是50A， 在额定电压下输入给电动机的电功率 P=UI=11kW，热功率P=I2R=1kW，大部分电能 （功率为10kW）转化为机械能（如图乙）。 M Q W W-Q
M 为电动机的符号
乙
课堂小结
1.电功和电功率
4.甲、乙两根粗细相同的不同导线，电阻 率之比为1：2，长度之比为4：1，那么两根导 线加相同的电压时，其电功率之比是： 1：2 如果通过两根导线的电流相同，则其电功率之 比：2：1
5.不考虑温度对电阻的影响，一个“220V， 40W”的灯泡，接在110V的线路上的功率为多 少，接在55V的线路上的功率又为多少？
说明：本题不仅可以使学生知道串、并联电 路中功率分配与电阻的关系，而且因为证明工程 是知识整合、综合运用的过程，还可以培养学生 思维的严密性。要注意对学生解题规范的要求， 这里限于篇幅，没有给出（3）和（4）的规范解 题格式。 2.答： （1）接通S时，R1被短路，R2直接接在电源 两端，电路消耗的电功率为P1=U2/R2。 当S断开时，R1、R2串联后接到电源上，电 路消耗的电功率为P2=U2/（R1+R2）。
我们已经知道，功是能量转化的量度，电能 转化为其他形式能的过程，电流做功的多少等于 电能转化为其他形式能的数量。