高二物理焦耳定律 ppt
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机械功率P=31W 由这道例题可知： 由这道例题可知：电动机在启动时电流 较大，容易被烧坏；正常运转时电流反 较大，容易被烧坏； 而较小
【例】微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的 微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的 电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转， 电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转，当加在 电动机两端的电压为2.0V时 电流为0.8A， 电动机两端的电压为2.0V时，电流为0.8A，这时电动机 正常工作，则吸尘器的效率为多少？ 正常工作，则吸尘器的效率为多少？ 解析：当加0.3V电压时，电动机不转， 解析：当加0.3V电压时，电动机不转，说明电动机无机械 0.3V电压时 能输出，它消耗的电能全部转化为热能， 能输出，它消耗的电能全部转化为热能，此时电动机也可 视为纯电阻，则r=U1/I1=1Ω. 视为纯电阻， 当加2.0V电压，电流为0.8A 当加2.0V电压，电流为0.8A时，电动机正常工作，有机械 2.0V电压 0.8A时 电动机正常工作， 能输出，此时的电动机为非纯电阻用电器， 能输出，此时的电动机为非纯电阻用电器，消耗的电能等 于转化机械能和热能之和。 于转化机械能和热能之和。 转化的热效率由P=I W计算 计算， 转化的热效率由P=I22r=0.82×1=0.64 W计算，总功率由 =0.8×2.0＝1.6W计算 计算。 P0=I2U2=0.8×2.0＝1.6W计算。所以电动机的效率为 η=（ /P=60％。 η=（P－P0）/P=60％。
K
D
R1=8
Er
练习、如图示，电阻R 电动机的绕组R 练习、如图示，电阻R1=20 Ω ，电动机的绕组R2＝10 当电键打开时，电流表的示数是0 Ω 。 当电键打开时 ， 电流表的示数是 0 ． 5A ， 当电键 合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变， 合上后 ， 电动机转动起来 ， 电路两端的电压不变 ， 电 流表的示数I 流表的示数I 和电路消耗的电功率应是 D ( BD ) (A)I＝ (B)I＜ (A)I＝1．5A (B)I＜1．5A R1 A (C)P＝15W (D)P＜15W (C)P＝15W (D)P＜15W U 练习. 一台电动机， 额定电压是100 100V 电阻是1 练习 . 一台电动机 ， 额定电压是 100V ， 电阻是 1Ω 正常工作时， 通过的电流为5 ， 正常工作时 ， 通过的电流为 5A ， 则电动机因发热 B 损失的功率为 （ ） D ） 电动机的输出功率为 （ 500W 25W 200W 475W （A）500W （B）25W （C）200W （D）475W
课堂训练
加在某台电动机上的电压是 U ， 电动机 消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r， 则电动机线圈上消耗的热功率为（ 则电动机线圈上消耗的热功率为（ C） A．P B．U 2/ r C ． P 2r /U 2 D ． P – P 2r /
U
2
非纯电阻电路中计算 P=UI 电功率只能用P=UI， 热功率只能用P热=I2R
电功大于电热 电功大于电热 大于 W
M
内能+ → 内能+其它形式的能 W-Q Q
UIt ＞ I2Rt I＜U/R 电功： 电热： 电功：W= UIt 电热：Q=I2Rt 热功率： 热功率：P热=I2R 电功率： 电功率：P=UI
电功、 电功、电功率的计算
(1)用电器正常工作的条件： (1)用电器正常工作的条件 用电器正常工作的条件： ①用电器两端的实际电压等于其额定电压. 用电器两端的实际电压等于其额定电压. 用电器中的实际电流等于其额定电流． ②用电器中的实际电流等于其额定电流． 用电器的实际电功率等于其额定功率． ③用电器的实际电功率等于其额定功率． 由于以上三个条件中的任何一个得到满足时，其余两个 由于以上三个条件中的任何一个得到满足时， 条件必定满足， 条件必定满足，因此它们是用电器正常工作的等效条 灵活选用等效条件，往往能够简化解题过程． 件．灵活选用等效条件，往往能够简化解题过程． (2)用电器接入电路时： (2)用电器接入电路时 用电器接入电路时： 纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明， ①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电 阻不变． 阻不变． 用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁. ②用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁.
【练习】如图所示，电阻 R1＝8Ω，电动机绕组 练习】如图所示，电阻R
电阻R 当电键K 断开时， 电阻R 电阻 R0 ＝ 2Ω ， 当电键 K 断开时 ， 电阻 R1 消耗的电 功率是2 88W 当电键闭合时，电阻R 功率是2.88W；当电键闭合时，电阻R1消耗的电功 率是2 若电源的电动势为6 率是 2W ， 若电源的电动势为 6V. 求 ： 电键闭合时 电动机输出的机械功率. ，电动机输出的机械功率.
A L1 R R L2 B L1 L2 R L2 C L1 L2 D L1
R
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【例】某一电动机，当电压U1=10V时带不 =10V时带不 某一电动机， =2A。 动负载，因此不转动， 动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。 =36V时能带动负载正常运转 时能带动负载正常运转， 当电压为U2=36V时能带动负载正常运转， =1A。 这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械 功率是多大？ 功率是多大？
电热
3. 焦耳定律 内容：电流通过某导体， 内产生的热量, 内容：电流通过某导体，在时间t内产生的热量, 跟 电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。 电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。 公式：Q=I2Rt 公式： 导体在单位时间内发出的热量 热功率： 4. 热功率：P热 公式： 公式：P热=Q/t=I2R 单位：W 单位： kW
Q
W-Q I＜U/R
UIt ＞ I2Rt
纯电阻电路: 纯电阻电路: 电能
电功等于电热 电功等于电热 等于 W
→
内能
Q
UIt I2Rt I=U/R = 电功 = 电热：W=Q = UIt =I2Rt =U2t/R 电功率=热功率： 电功率=热功率：P =P热 = UI = I2R = U2/R
非纯电阻电路: 非纯电阻电路: 电能
【例】如图所示的电路中，电源电动势ε 如图所示的电路中，电源电动势ε 6V，内阻r 1Ω， 为一直流玩具电动机， ＝6V，内阻r＝1Ω，M为一直流玩具电动机， 其电枢电阻R =2Ω，限流电阻R =3Ω， 其电枢电阻R1=2Ω，限流电阻R2=3Ω，电压 表示数为3.6V 3.6V， 表示数为3.6V，求玩具电动机得到的电功 率和转化为机械能的功率． 率和转化为机械能的功率．
【练习2】电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温,又不 练习2 电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温, 会把饭烧焦的家用电器.如图,它的电路由控制部分AB AB和工 会把饭烧焦的家用电器.如图,它的电路由控制部分AB和工 作部分BC组成.K 是限温开关,手动闭合,当温度达到103 作部分BC组成.K1是限温开关,手动闭合,当温度达到1030C BC组成 时自动断开,不能自动闭合.K 是自动开关, 时自动断开,不能自动闭合.K2是自动开关,当温度超过 时自动断开,温度低于70 时自动闭合.R 是限流电阻, 800C时自动断开,温度低于700C时自动闭合.R2是限流电阻, 60Ω.锅中放好适量的米 阻值2140Ω,R 是工作电阻,阻值60Ω. 阻值2140Ω,R1是工作电阻,阻值60Ω.锅中放好适量的米 和水,插上电源(220V,50Hz),手动闭合K (220V,50Hz),手动闭合 和水,插上电源(220V,50Hz),手动闭合K1后,电饭锅就能自 动煮好米饭并保温.(1)简述手动闭合K 动煮好米饭并保温.(1)简述手动闭合K1后,电饭锅加热、 .(1)简述手动闭合 电饭锅加热、 保温过程的工作原理. 保温过程的工作原理. K1 (2)加热过程电饭锅消耗的电功 (2)加热过程电饭锅消耗的电功 红 是多大?K 率P1是多大?K1,K2都断开时电饭 黄 锅消耗的电功率P 是多大? 锅消耗的电功率P2是多大? (3)若插上电源后没有手动闭合 (3)若插上电源后没有手动闭合 能煮熟饭吗?为什么? K1,能煮熟饭吗?为什么?
【练习】有三个电阻,其阻值分别为 练习】有三个电阻, 10Ω.20Ω.30Ω,现在它们分别按不同方式连 10Ω.20Ω.30Ω,现在它们分别按不同方式连 接后加上相同的直流电压, 接后加上相同的直流电压,问: (1)在总电路上可能获得的最大电流和最小电 (1)在总电路上可能获得的最大电流和最小电 流之比为多少？ 流之比为多少？ (2)对20Ω电阻来说 电阻来说, (2)对20Ω电阻来说,在各种可能连接方式中 能使它获得最大功率的,有哪些连接方式？ 能使它获得最大功率的,有哪些连接方式？获 得最小功率的有哪些连接方式? 得最小功率的有哪些连接方式?（只要求画电 路图表示） 路图表示）
【例】某一用直流电动机提升重物的装置如图 所示．重物的质量m 50kg， 所示．重物的质量m＝50kg，电源电动势 ε＝110V．不计内阻及各处的摩擦，当电动机 110V．不计内阻及各处的摩擦， 0.90m／ 的恒定速度向上提升重物时， 以v＝0.90m／s的恒定速度向上提升重物时， 电路中的电流强度I 5A， 电路中的电流强度I＝5A，由此可知电动机线 圈的电阻 R＝ 。
【例】已知R1、R2都标有"4W 已知R 都标有"4W 100Ω"字样， 100Ω"字样 字样， 标有"1W 100Ω"字样 字样． 而R3标有"1W 100Ω"字样．按图中所示的电 路连接， 路连接，则A、B间允许消耗的最大电功率为 W．
【例】已知如图,R1=6Ω,R2=3Ω,R3=4Ω,则接入电路 已知如图, =4Ω,则接入电路
【例】把两个相同的电灯分别接成如图所示的 两种电路，调节变阻器， 两种电路，调节变阻器，使电灯都正常发光若 两电路消耗的总功率分别为P 两电路消耗的总功率分别为P1、P2，两个变阻 消耗的电功率分别为P 器R1、R2消耗的电功率分别为P1'、P2'，则可以 判定 ( ) (A) P1＝2P2 (B) P1＝P2 (C) P1'＝2P2' (D) P1'＞2P2'
纯电阻电路: 纯电阻电路: 电能
W
指某段电路 在某段时间 内消耗的全 部电能! 部电能!
→
指转化为 内能的那 内能 部分电能! 部分电能! Q I2Rt I=U/R
UIt
=
M
非纯电阻电路: 非纯电阻电路: 电能
W
→
说明：欧姆 说明： 定律不适用 于非纯电阻 内能+ 内能+其它形式的能 电路！ 电路！
后这三只电阻的实际功率之比为_________ 后这三只电阻的实际功率之比为_________。 _________。
R1 R2 R3
【例】已知如图，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W” 分别标有“110V，60W” 已知如图， 110V，100W” 和“110V，100W”，另外有一只滑动变阻器R，将它们连 接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光， 220V的电路中 接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使 整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？ 整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？
焦耳定律
电功和电功率、 电功和电功率、电热和热功率
1. 电功W 定义：在一段电路中电场力所做的功, 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. 说的电流所做的功,简称电功. 公式： 公式：W=UIt kWh 1kWh=3.6×106J 1kWh=3.6× 单位： 单位：J 2. 电功率P 定义： 定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率 公式： 公式：P==W/t=UI kW 单位： 单位：W
【例】微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的 微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V的 电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转， 电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转，当加在 电动机两端的电压为2.0V时 电流为0.8A， 电动机两端的电压为2.0V时，电流为0.8A，这时电动机 正常工作，则吸尘器的效率为多少？ 正常工作，则吸尘器的效率为多少？ 解析：当加0.3V电压时，电动机不转， 解析：当加0.3V电压时，电动机不转，说明电动机无机械 0.3V电压时 能输出，它消耗的电能全部转化为热能， 能输出，它消耗的电能全部转化为热能，此时电动机也可 视为纯电阻，则r=U1/I1=1Ω. 视为纯电阻， 当加2.0V电压，电流为0.8A 当加2.0V电压，电流为0.8A时，电动机正常工作，有机械 2.0V电压 0.8A时 电动机正常工作， 能输出，此时的电动机为非纯电阻用电器， 能输出，此时的电动机为非纯电阻用电器，消耗的电能等 于转化机械能和热能之和。 于转化机械能和热能之和。 转化的热效率由P=I W计算 计算， 转化的热效率由P=I22r=0.82×1=0.64 W计算，总功率由 =0.8×2.0＝1.6W计算 计算。 P0=I2U2=0.8×2.0＝1.6W计算。所以电动机的效率为 η=（ /P=60％。 η=（P－P0）/P=60％。
K
D
R1=8
Er
练习、如图示，电阻R 电动机的绕组R 练习、如图示，电阻R1=20 Ω ，电动机的绕组R2＝10 当电键打开时，电流表的示数是0 Ω 。 当电键打开时 ， 电流表的示数是 0 ． 5A ， 当电键 合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变， 合上后 ， 电动机转动起来 ， 电路两端的电压不变 ， 电 流表的示数I 流表的示数I 和电路消耗的电功率应是 D ( BD ) (A)I＝ (B)I＜ (A)I＝1．5A (B)I＜1．5A R1 A (C)P＝15W (D)P＜15W (C)P＝15W (D)P＜15W U 练习. 一台电动机， 额定电压是100 100V 电阻是1 练习 . 一台电动机 ， 额定电压是 100V ， 电阻是 1Ω 正常工作时， 通过的电流为5 ， 正常工作时 ， 通过的电流为 5A ， 则电动机因发热 B 损失的功率为 （ ） D ） 电动机的输出功率为 （ 500W 25W 200W 475W （A）500W （B）25W （C）200W （D）475W
课堂训练
加在某台电动机上的电压是 U ， 电动机 消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r， 则电动机线圈上消耗的热功率为（ 则电动机线圈上消耗的热功率为（ C） A．P B．U 2/ r C ． P 2r /U 2 D ． P – P 2r /
U
2
非纯电阻电路中计算 P=UI 电功率只能用P=UI， 热功率只能用P热=I2R
电功大于电热 电功大于电热 大于 W
M
内能+ → 内能+其它形式的能 W-Q Q
UIt ＞ I2Rt I＜U/R 电功： 电热： 电功：W= UIt 电热：Q=I2Rt 热功率： 热功率：P热=I2R 电功率： 电功率：P=UI
电功、 电功、电功率的计算
(1)用电器正常工作的条件： (1)用电器正常工作的条件 用电器正常工作的条件： ①用电器两端的实际电压等于其额定电压. 用电器两端的实际电压等于其额定电压. 用电器中的实际电流等于其额定电流． ②用电器中的实际电流等于其额定电流． 用电器的实际电功率等于其额定功率． ③用电器的实际电功率等于其额定功率． 由于以上三个条件中的任何一个得到满足时，其余两个 由于以上三个条件中的任何一个得到满足时， 条件必定满足， 条件必定满足，因此它们是用电器正常工作的等效条 灵活选用等效条件，往往能够简化解题过程． 件．灵活选用等效条件，往往能够简化解题过程． (2)用电器接入电路时： (2)用电器接入电路时 用电器接入电路时： 纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明， ①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电 阻不变． 阻不变． 用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁. ②用电器实际功率超过其额定功率时,认为它将被烧毁.
【练习】如图所示，电阻 R1＝8Ω，电动机绕组 练习】如图所示，电阻R
电阻R 当电键K 断开时， 电阻R 电阻 R0 ＝ 2Ω ， 当电键 K 断开时 ， 电阻 R1 消耗的电 功率是2 88W 当电键闭合时，电阻R 功率是2.88W；当电键闭合时，电阻R1消耗的电功 率是2 若电源的电动势为6 率是 2W ， 若电源的电动势为 6V. 求 ： 电键闭合时 电动机输出的机械功率. ，电动机输出的机械功率.
A L1 R R L2 B L1 L2 R L2 C L1 L2 D L1
R
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【例】某一电动机，当电压U1=10V时带不 =10V时带不 某一电动机， =2A。 动负载，因此不转动， 动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。 =36V时能带动负载正常运转 时能带动负载正常运转， 当电压为U2=36V时能带动负载正常运转， =1A。 这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械 功率是多大？ 功率是多大？
电热
3. 焦耳定律 内容：电流通过某导体， 内产生的热量, 内容：电流通过某导体，在时间t内产生的热量, 跟 电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。 电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。 公式：Q=I2Rt 公式： 导体在单位时间内发出的热量 热功率： 4. 热功率：P热 公式： 公式：P热=Q/t=I2R 单位：W 单位： kW
Q
W-Q I＜U/R
UIt ＞ I2Rt
纯电阻电路: 纯电阻电路: 电能
电功等于电热 电功等于电热 等于 W
→
内能
Q
UIt I2Rt I=U/R = 电功 = 电热：W=Q = UIt =I2Rt =U2t/R 电功率=热功率： 电功率=热功率：P =P热 = UI = I2R = U2/R
非纯电阻电路: 非纯电阻电路: 电能
【例】如图所示的电路中，电源电动势ε 如图所示的电路中，电源电动势ε 6V，内阻r 1Ω， 为一直流玩具电动机， ＝6V，内阻r＝1Ω，M为一直流玩具电动机， 其电枢电阻R =2Ω，限流电阻R =3Ω， 其电枢电阻R1=2Ω，限流电阻R2=3Ω，电压 表示数为3.6V 3.6V， 表示数为3.6V，求玩具电动机得到的电功 率和转化为机械能的功率． 率和转化为机械能的功率．
【练习2】电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温,又不 练习2 电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温, 会把饭烧焦的家用电器.如图,它的电路由控制部分AB AB和工 会把饭烧焦的家用电器.如图,它的电路由控制部分AB和工 作部分BC组成.K 是限温开关,手动闭合,当温度达到103 作部分BC组成.K1是限温开关,手动闭合,当温度达到1030C BC组成 时自动断开,不能自动闭合.K 是自动开关, 时自动断开,不能自动闭合.K2是自动开关,当温度超过 时自动断开,温度低于70 时自动闭合.R 是限流电阻, 800C时自动断开,温度低于700C时自动闭合.R2是限流电阻, 60Ω.锅中放好适量的米 阻值2140Ω,R 是工作电阻,阻值60Ω. 阻值2140Ω,R1是工作电阻,阻值60Ω.锅中放好适量的米 和水,插上电源(220V,50Hz),手动闭合K (220V,50Hz),手动闭合 和水,插上电源(220V,50Hz),手动闭合K1后,电饭锅就能自 动煮好米饭并保温.(1)简述手动闭合K 动煮好米饭并保温.(1)简述手动闭合K1后,电饭锅加热、 .(1)简述手动闭合 电饭锅加热、 保温过程的工作原理. 保温过程的工作原理. K1 (2)加热过程电饭锅消耗的电功 (2)加热过程电饭锅消耗的电功 红 是多大?K 率P1是多大?K1,K2都断开时电饭 黄 锅消耗的电功率P 是多大? 锅消耗的电功率P2是多大? (3)若插上电源后没有手动闭合 (3)若插上电源后没有手动闭合 能煮熟饭吗?为什么? K1,能煮熟饭吗?为什么?
【练习】有三个电阻,其阻值分别为 练习】有三个电阻, 10Ω.20Ω.30Ω,现在它们分别按不同方式连 10Ω.20Ω.30Ω,现在它们分别按不同方式连 接后加上相同的直流电压, 接后加上相同的直流电压,问: (1)在总电路上可能获得的最大电流和最小电 (1)在总电路上可能获得的最大电流和最小电 流之比为多少？ 流之比为多少？ (2)对20Ω电阻来说 电阻来说, (2)对20Ω电阻来说,在各种可能连接方式中 能使它获得最大功率的,有哪些连接方式？ 能使它获得最大功率的,有哪些连接方式？获 得最小功率的有哪些连接方式? 得最小功率的有哪些连接方式?（只要求画电 路图表示） 路图表示）
【例】某一用直流电动机提升重物的装置如图 所示．重物的质量m 50kg， 所示．重物的质量m＝50kg，电源电动势 ε＝110V．不计内阻及各处的摩擦，当电动机 110V．不计内阻及各处的摩擦， 0.90m／ 的恒定速度向上提升重物时， 以v＝0.90m／s的恒定速度向上提升重物时， 电路中的电流强度I 5A， 电路中的电流强度I＝5A，由此可知电动机线 圈的电阻 R＝ 。
【例】已知R1、R2都标有"4W 已知R 都标有"4W 100Ω"字样， 100Ω"字样 字样， 标有"1W 100Ω"字样 字样． 而R3标有"1W 100Ω"字样．按图中所示的电 路连接， 路连接，则A、B间允许消耗的最大电功率为 W．
【例】已知如图,R1=6Ω,R2=3Ω,R3=4Ω,则接入电路 已知如图, =4Ω,则接入电路
【例】把两个相同的电灯分别接成如图所示的 两种电路，调节变阻器， 两种电路，调节变阻器，使电灯都正常发光若 两电路消耗的总功率分别为P 两电路消耗的总功率分别为P1、P2，两个变阻 消耗的电功率分别为P 器R1、R2消耗的电功率分别为P1'、P2'，则可以 判定 ( ) (A) P1＝2P2 (B) P1＝P2 (C) P1'＝2P2' (D) P1'＞2P2'
纯电阻电路: 纯电阻电路: 电能
W
指某段电路 在某段时间 内消耗的全 部电能! 部电能!
→
指转化为 内能的那 内能 部分电能! 部分电能! Q I2Rt I=U/R
UIt
=
M
非纯电阻电路: 非纯电阻电路: 电能
W
→
说明：欧姆 说明： 定律不适用 于非纯电阻 内能+ 内能+其它形式的能 电路！ 电路！
后这三只电阻的实际功率之比为_________ 后这三只电阻的实际功率之比为_________。 _________。
R1 R2 R3
【例】已知如图，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W” 分别标有“110V，60W” 已知如图， 110V，100W” 和“110V，100W”，另外有一只滑动变阻器R，将它们连 接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光， 220V的电路中 接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使 整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？ 整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？
焦耳定律
电功和电功率、 电功和电功率、电热和热功率
1. 电功W 定义：在一段电路中电场力所做的功, 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. 说的电流所做的功,简称电功. 公式： 公式：W=UIt kWh 1kWh=3.6×106J 1kWh=3.6× 单位： 单位：J 2. 电功率P 定义： 定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率 公式： 公式：P==W/t=UI kW 单位： 单位：W