焦耳定律(公开课)

【触类旁通】 3．一台直流电动机线圈电阻 r＝1 Ω，与一阻值 R＝10 Ω的 电阻串联，当电路两端加 U＝150 V 的电压时，电动机正常工
作，且电压表示数为 100 V，求电动机消耗的功率及输出的机
械功率．
图 2－5－3
解：电阻 R 两端的电压为 UR＝U－UM＝150 V－100 V＝50 V
3．纯电阻电路和非纯电阻电路
电路类型
纯电阻电路
非纯电阻电路 除电阻外还包括能把电能转 化为其他形式的能的用电器 不遵循欧姆定律， 由 IUt＝I 2Rt U ＋W 其他知，U >IR 或 I< R 电流做功转化为内能和其他
元件特点 电路中只有纯电阻元件 是否遵循 欧姆定律 U 遵循欧姆定律，I ＝ R 电流做功全部 转化为内
W
指某段电路 在某段时间 内消耗的全 部电能!
Q
指转化为 内能的那 部分电能! I=U/R
UIt
=
M
I2Rt
非纯电阻电路: 电能
W
→
说明：欧姆 定律不适用 于非纯电阻 内能+其它形式的能 电路！
Q
W-Q I＜U/R
UIt ＞ I2Rt
纯电阻电路: 电能 → 内能
W UIt Q
=
电能
I2Rt
I=U/R
对纯电阻电路: 电功=电热 电功率=热功率 对非纯电阻电路: 电功>电热 电功率>热功率
4.热功率:
Q 2 P I R t
电功与电热
1、纯电阻电路： W＝UIt＝I2Rt P＝UI＝I2R Q＝I2Rt＝UIt＝W
2、非纯电阻电路：含有电动机、电解槽的电路，欧 姆定律不再适用 电功 W＝UIt≠I2Rt 电热 Q＝I2Rt≠UIt 电功率 P＝UI≠I2R
不同的解法：
解法一：W＝IUt＝0.8 A×2 V×60 s＝96 J 解法二：W＝I2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J 你认为哪种解法对，请作出判断并说明理由． (2)求电动机正常工作 1 min 所转化的机械能是多少？
解：(1)解法一对．因为电动机工作时电能没有全部转化为 内能，而大部分转化为机械能．解法二求出的是电动机工作时 产生的电热，只占所消耗电能的一部分． (2)电动机工作 1 min 消耗的电能为 W＝IUt＝0.8 A×2 V×60 s＝96 J 电动机工作 1 min 产生的电热为 Q＝I2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J 电动机工作 1 min 转化成的机械能为
1.纯电阻电路：
电路中只有电阻元件，电流做功，电能全部转化为内能 如白炽电灯、电炉、电热毯、电热棒等
2.非纯电阻电路：
电流做功，电路中电能转化为内能和其他形式的 能量
如电路中含用电动机、电解槽等
思考：
水流推动水轮机可以做功，电流通过用电器也会做 功， 那如何计算电流通过用电器所做的功呢？
三、电功： 1. 定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所 做的功，简称为电功．
1kW＝103W＝106mW
4．用电器的额定功率和实际功率 (1)额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在 这个电压下消耗的功率称额定功率。 (2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率．为了保证 用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率．
例题1. 有一个额定电压为220V的白炽灯，它在额定电压工作 是的电流为0.5A，在白炽灯正常工作8小时的情况下，问： （1）白炽灯的功率是多少？ （2）在工作8小时后，电流做功多少？ （3）消耗了多少度电？ 解：（1）P=UI=220×0.5W=110W （2）W=UIt=220×0.5×8×3.6×103 J=3.168×106J
焦耳定律
讨论几个用电器的能量转化情况，并发现相同点
能量转换情况：
a、电流流过电炉
•→电能转化为热能
b、电流流过电解槽
→电能转化为化学能和热能
c、电流流过电风扇
→电能转化为机械能和热能 相同的特点：电能转换为热能
一、电流的热效应：
导体中有电流通过时，导体要发热，这种 现象叫电流的热效应
二、两种电路：
W=qU
q=I t
W=ＵＩｔ
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 三者的乘积． 2. 单位：在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时 （kW· h） . 1kW· h＝3.6×106J
四、电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率．
（１）一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电 路中电流I的乘积． （２）物理意义：电功率表示电流做功的快慢． （３）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有 毫瓦（mW），千瓦（kW）．
W （3）n= =0.88KW •h 1K Wh
五、焦耳定律（实验定律）
1、内容： 电流通过导体产生的热量Q等于电流I 的二次方、导体的电阻R 和通电时间 t 三者的乘积 2. 电能全部转化为内能： Q=W=IUt Q=I2 R t 欧姆定律：U=IR 3、 适用于一切电路 （纯电阻电路、非纯电阻电路）中电热的计算。
Q 2 I R 六、热功率：P t
例2、对计算任何用电器的热功率都适用的 公式是 ( )
Ａ．P I R
2
U Ｂ．P R
Q D.P= t
2
Ｃ． P UI
Q I2R 计算热功率的普适公式为:P t
例3、一只“220V 45W”的电烙铁，在额定电压下使 C ( ) 用，每分钟产生的热量是 A、45J B、220J C、2700J D、9900J
越多，容易损坏电板
W机械＝W－Q＝96 J－38.4 J＝57.6 J.
纯电阻电路：只含有电热元件的电路（如白炽灯、电炉、 电烙铁；及转子被卡住的电动机（欧姆定律成立）．
非纯电阻电路：电路中含有在转动的电动机或有在发 生化学反应的电解槽的电路（欧姆定律不成立）
电功和电功率、电热和热功率
1.电功:
W IUt
W 2.电功率: P IU t 2 3.电热: Q = I Rt
【例 3】一台电动机电阻为 0.5 Ω，正常工作时通过的电流
为 20 A，在 10 s 内转化的机械能为 4.2×104 J，求：在这 10 s 内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？ 解：电动机产生的热量为 Q＝I2Rt＝2.0×103 J 根据 W＝Q＋E机，得
W＝2.0×103 J＋4.2×104 J＝4.4×104 J.
2
能，即 W＝Q＝IUt＝I Rt 能量转化 形式的能，即 W＝Q ＋ W 其他， 2 U 其中 W＝IUt，电热 Q＝I2Rt ＝ t R 举例 电阻、电炉、白炽灯 电动机、电解槽、日光灯
[例 1]
一只规格为“220 V
2 000 W”的电炉，求在正常
工作时的电阻。若电网电压为 200 V，求电炉的实际功率。在 220 V 电压下，如果平均每天使用电炉 2 h，求此电炉一个月要 消耗多少度电？(一个月＝30 天)
2、下图所示的电路中，三电阻串联，其 阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，电路总 电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、 P2、P3，则 P1：P2：P3等于( )A A、2：3：6 R3 R2 R1 B、6：3：2 C、1：2：3 D、3：2：1
在串联电路中，功率 跟电阻成正比。
3、下图所示的电路中，三电阻并联，其 阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，电路总 电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、 P2、P3，则 P1：P2：P3等于( )D A、2：3：6 B、6：3：2 C、1：2：3 D、3：2：1
UR 50 则电路中的电流 I＝ R ＝10 A＝5 A
电动机消耗的功率为
P＝I UM＝5×100 W＝500 W 电动机线圈电阻 r 的发热功率为 P热＝I2r＝25 W 则电动机输出的机械功率为 P机＝P－P热＝500 W－25 W＝475 W.
• 1、如图所示为“iPad”的充电器，参数标有 5V 2.1A，表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A， 电板充满电所储存的电能是113400J。充电时的能 量转换是电能转化为______ 化学 （化学/内）能。若“iPad”充 电时以最大输出电流充电，要将空电板充满电需要______h ， 3 小明觉得充电时间太长了，他想为什么苹果公司在设计时不 把最大输出电流提高呢？这样可以实现快速充电，于是他请 教了物理老师，老师告诉了他一个信息，影响锂电池寿命的 最大杀手是电板发热，小明恍然大悟，请你解释其中的原因 ________。由于电流热效应，充电电流越大，单位时间电池产生的热
说明：欧姆 定律不适用 于非纯电阻 电路！
→ 内能
非纯电阻电路:
UIt ＞ I2Rt
I＜U/R
电能
→ 内能+其它形式的能
电功与电热
1、纯电阻电路： W＝UIt＝I2Rt P＝UI＝I2R Q＝I2Rt＝UIt＝W
2、非纯电阻电路：含有电动机、电解槽的电路，欧姆定律不 再适用
电功 W＝Q+E其它 2Rt = UIt≠I 电热 Q＝I2Rt≠UIt 电功率 P＝UI≠I2R
在并联电路中，功率 跟电阻成反比。
例题
例2：某电动机上标有“220V,2A”它的线圈电阻为5 Ω，当
它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热 量为多少？Leabharlann Baidu没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？
解：消耗的电能为:W总=UIt=220V×2A×60S=26400J 线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5 Ω×60S=120J 得到的机械能为：W机=W总－Q=26400J－120J=25200J
例3：一根60Ω 的电阻丝接在36v的电源上，在 5分钟内共产生多少热量？
分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流， 再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。
解：
U 36 V I 0 .6 A R 60
Q I Rt 0.6 60 300 6480J
2 2
纯电阻电路: 电能 → 内能
例4、一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线 圈电阻为2Ω，线圈中电流为10A。这台电动机正常工作1S 消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（ A ）
A．W=3800J，Q=200J
C．W=72200J，Q=200J
B．W=3800J，Q=3800J
D．W=72200J，Q=3800J
针对练习一、一个电动机，线圈电阻是0.4 ，当它两端所 加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机每分钟 所做的机械功有多少?
解:据能量守恒定律得: IUt = I2Rt +W 故电动机每分钟所做的机械功为: W=(IU-I2R)t =(5×220-52×0.4) ×60 J =6.5×104 J
针对练习二：一电动机线圈的电阻为 1 Ω，线圈两端所加电压
为 2 V时，电流为 0.8 A，电动机正常工作．
(1)在求电动机正常工作 1 min 所消耗的电能时，有以下两种