高考物理讲义选修3-1第9讲：欧姆定律;电功电功率焦耳定律(教师版)

欧姆定律；电功电功率焦耳定律

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1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。

2．了解电功和电热的关系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。

3．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。

4．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。

一、电功

电功，电功率、电热是本章书的重要概念，也是学生学习的难点，教学过程中必须给以足够的重视。

1.复习电场力做功：W=U q，U为电场中两点间电势差，在电路中即为导体两端电压，q为电量，电路中为流过导体截面电量。

2.电功：电流做的功简称电功。导体两端加上电压，导体内建立电场，在电场力作用下自由电子定向移动，形成电流，电场力做功，又说成电流做功。

W=UI t，电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端电压、电路中的电流强度和通电时间成正比。

3.电流做功，把电能转化为其它形式的能

(1)电流通过纯电阻（电灯，电炉子等）电路做功，把电能转化为内能。

(2)电流通过电解液做功，把电能转化为化学能。

(3)电流通过电动机做功，把电能一部分转化为内能，一部分转化为机械能。

二、电功率

1.定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫电功率，用p 表示电功率则 ，p 的单位：

瓦特W ，U ：伏特V I ：安培A 。

2.物理意义：电功率表示电流做功的快慢，亦为单位时间电流做的功。灯越亮电功率越大。

3.额定电压：用电器安全正常工作的最大电压。日常照明灯泡额定电均为220V ，机床上用的灯泡额定电压为

36V 。

额定功率：用电器安全正常工作的最大功率。照明灯泡上标有220V 60W ，60W 即为额定电功率。额定电功率是根据用电器自身结构而决定的。

4.注意区别额定功率和实际功率。

实验：把“220V 30W ”和“220V 100W ”的灯泡并联在220V 电路上和串联后接入220V 电路上，观察灯泡发光情况，并接在220V 电路上时，两个灯的电压都是额定电压，电功率均为额定功率，100W 的灯比30W 的灯亮很多，串联后接在220V 电路上，观察到的现象是两个灯都不如并联时亮，且30W 灯比100W 灯亮，由此可知：①两个灯的电功率都不是额定功率，都小于额定功率，应称为实际消耗功率，②额定功率大的灯实际消耗功率不一定大，应由灯两端实际电压和流过灯的实际电流决定。

三、焦耳定律

1.定义：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比 即：Q=I 2

R t

单位：Q ：焦耳J I ：安培A R ：欧姆Ω t 秒s 2.纯电阻电路 电路中只含有纯电阻元件，电动W=UI t =Q

∵U=IR ∴Q=I 2Rt=，注意：此关系只适用纯电阻电路。

电流通过纯电阻电路做功，把电能转化为内能，而产生热量，电功又称为电热。 3.含有电动机的电路，不是纯电阻电路。电功W=UI t

电流通过电动机做功，把电能一部分转化为内能，绝大部分转化为机械能。

电动机线圈有电阻R ，电流通过而产生热，Q=I 2

R t 不等于UI t ，而只是UI t 的一部分。原因是对于非纯电阻U

≠IR 且U>IR 。

转化为机械能部分：UI t －I 2

R t =转化的机械能 即电动机输出的机械能。

实际需要更多的是：发热功率：I 2

R 转化为机械能功率UI －I 2

R ，目前是我们计算电动输出机械功率的唯一方法。

4.含有电解液的电路：电流做功把电能转化为化学能

电流做功可把电能转化为内能、机械能、化学能等，只有把电能转化为内能的电功叫电热，转化其它形式能均不能称为电热。

p t

W

=UI U 2

R t

类型一:电阻定律

例1：神经系统中，把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为，髓鞘是由多层(几十层到几百层不等)类脂物质——髓质累积而成的，髓质具有很大的电阻。已知蛙有髓鞘神经，髓鞘的厚度只有2 μm 左右。而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105

Ω。

(1)若不计髓质片层间的接触电阻，计算髓质的电阻率。

(2)若有一圆柱体是由髓质制成的，该圆柱体的体积为32 πcm 3

，当在其两底面上加上1000 V 的电压时，通过该圆柱体的电流为10π μA，求圆柱体的圆面半径和高。

[思维流程]

(1)R ＝ρl

S ―→ρ＝R S l

(2)U 和I ―→R ＝U

I ―→R ＝ρl S

―→h 和r

解析： (1)由电阻定律：R ＝ρl S 则ρ＝SR l

所以ρ＝1.6×105

×1.0×10－4

2×10－6

Ω·m＝8×106

Ω·m。 (2)由部分电路欧姆定律和圆柱体体积公式：

R ＝U I ，由R ＝ρh πr 2得h πr 2＝U

Iρ

，联立πr 2h ＝V 代入数据解得h ＝0.02 m ，r ＝0.04 m

所以髓质的电阻率为8×106

Ω·m；圆面半径为4 cm ，高为2 cm 。 答案： (1)8×106

Ω·m (2)4 cm 2 cm

例2．用电器距离电源为l ，线路上的电流为I ，已知输电线的电阻率为ρ。为使在线路上的电压降不超过U 。那么，输电线的横截面积的最小值为( )

A ．ρl /R

B ．2ρlI /U

C ．U /(ρlI )

D ．2Ul /(I ρ)