焦耳定律

焦耳定律
知识点：
1．电功和电功率
（1）．电功：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。

用W表示。

实质：是能量守恒定律在电路中的体现。

即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。

功是能量转化的量度，电流做了多少功，就有多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少若电荷q在电场力作用下从A搬至B，AB两点间电势差为U AB，则电场力做功W=qU AB。

对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It，（在时间间隔t内搬运的电量为q，则通过导体截面电量为q，I=q/t），所以W=qU=IUt。

这就是电路中电场力做功即电功的表达式。

表达式：W = Iut ①
【说明】：
①表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。

②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。

单位：焦耳（J）。

1J=1V·A·s
（2）电功率
①定义：单位时间内电流所做的功
②表达式：P=W/t=UI（对任何电路都适用）②
上式表明：电流在一段电路上做功的功率P，和等于电流I跟这段电路两端电压U的乘积。

③单位：为瓦特（W）。

1W=1J/s
④额定功率和实际功率
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。

实际功率：用电器在实际电压下的功率。

实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。

2．焦耳定律——电流热效应
（1）焦耳定律
内容：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。

表达式： Q=I2Rt ③
【说明】：对纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等电热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功W等于电热Q；这时W= Q=UIt=I2Rt
（2）热功率：单位时间内的发热量。

即P=Q/t=I2R ④
②和④都是电流的功率的表达式，但物理意义不同。

②对所有的电路都适用，而④式只适用于纯电阻电路，对非纯电阻电路（含有电动机、电解槽的电路）不适用。

关于非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。

这时W》Q。

即W=Q+E其它或P =P热+ P其它、UI = I2R + P其它
小结：对本节内容做简要小结。

并比较UIt和I2Rt的区别和联系，从能的转化与守恒的角度解释纯电阻电路和非纯电阻电路中电功和电热的关系。

在纯电阻电路中，电能全部转化为电热，故电功W等于电热Q；在非纯电阻电路中，电能的一部分转化为电热，另一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能)，故电功W大于电热Q。

习题：
1.关于电功，下列说法中正确的有( )
A.电功的实质是电场力所做的功
B.电功是电能转化为内能
C.电场力做功使电能转化成其他形式能量的量度
D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
2. 一盏电灯直接接在恒定的电源上，其功率为100W，若将这盏灯先接上一段很长的导线后，再接在同一电源上，在导线上损失的电功率是9W，那么此时电灯实际消耗的电功率将
A.大于91W
B.小于91W
C.等于91W
D.条件不足，无法确定
3. A、B、C三个灯泡如图所示的方式连接时，各自消耗的实际功率相同，则P A:P B:P C为( )
A.1:1:1
B.1:2:2
C.2:1:1
D.1:4:4
（第3题）
4.图中R1=4Ω，R2=9Ω，R3=18Ω。

通电后（）
A．经R1和R3的电流之比I1：I3=3：1
B．R1两端的电压和R3两端的电压之比U1：U3=4：9
C．三个电阻消耗的电功率之比P1：P2：P3=2：1：2
D．三个电阻消耗的电功率之比P1：P2：P3=2：2：1
（第4题）
5. 两个电阻,R1=8Ω,R2=2Ω,并联在电路中．欲使这两个电阻消耗的电功率相等,可行的办法是（）
A．用一个阻值为2Ω的电阻与R2串联
B．用一个阻值为6Ω的电阻与R2串联
C．用一个阻值为6Ω的电阻与R1串联
D．用一个阻值为2Ω的电阻与R1串联
6.一定值电阻，通过2C的电荷量时，消耗的电能是8J，若在相同时间内通过4C的电荷量，那么电阻两端的电压和消耗的电能分别为( )
A.4V，16J
B.8V，16J
C.4V，32J
D.8V，32J
7．如图甲所示电路，滑动变阻器的最大电阻为R，负载电阻为R0。

当滑动变阻器的滑动端S在某位置时，R0两端电压为U/2，滑动变阻器上消耗的功率为P。

若将R0与电源位置互换，接成图乙所示电路时，滑动触头S的位置不变，则（）
A．R0两端的电压将小于E/2 B．R0两端的电压将等于E/2
C．滑动变阻器上消耗的功率一定小于P D．滑动变阻器上消耗的功率可能大于P
（第7题）
8. 图中M ，N 接稳压电源，a ，b 间断开时，U ab =120V ，a ，b 间接入“220V ，100W”的灯泡时，
U ab =110V ．则此时电源输入M 、N 的电功率为 （ ）
A ．25W
B ．27．27W
C ．102．27W
D ．2．27W
（第8题）
9．如图所示，D 为一插头，可接入电压恒定的照明电路中，a 、b 、c 为三只相同且功率较大
的电炉，a 靠近电源，b 、c 离电源较远，而离用户电灯L 很近，输电线有电阻。

关于电炉接
入电路后对电灯的影响，下列说法中正确的是 （ ）
A ．使用电炉a 时对电灯的影响最大
B ．使用电炉b 时对电灯的影响比使用电炉a 时大
C ．使用电炉c 时对电灯几乎没有影响
D ．使用电炉b 或c 时对电灯影响几乎一样
（第9题）
10.一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R ，设通过它们的电流相同(电动机
正常运转)，则在相同时间内( )
A.电炉和电动机产生的热量相同
B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
C.电炉两端电压小于电动机两端电压
D.电炉和电动机两端电压相等
11.一辆电瓶车，质量为500kg ，由内阻不计的蓄电池组向直流电动机提供24V 的电压，当电
瓶车在水平地面上以0.8m/s 的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为5A ，设车所受的阻力
是车重的0.02倍（g =10m/s 2），则此电动机的内阻是（ ）
A ．4.8Ω
B ．3.2Ω
C ．1.6Ω
D ．0.4Ω
12.理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得
到热风将头发吹干。

设电动机线圈电阻为R 1 ，它与电热丝电阻值R 2 串联后接到直流电源
上，吹风机两端电压为U ，电流为I 消耗的功率为P ，则有 （ ）
A ．UI P =
B ．)(212R R I P +=
C ．UI P >
D ．
)(212R R I P +>
13.一个电阻为20Ω的导体，当它每通过3C电荷量时，电流做功18J，那么此导体两端所加电压为______V，通过3C电荷量所用时间为______s.
14. 把两个标有“6V、3W”和“6V、4W”的小灯泡串联，则串联电路允许达到的最大功率是W；把这两个小灯泡并联，则并联电路允许达到的最大功率是W。

15.一台电阻为2Ω的电动机，接在110V电路中工作时，通过电动机的电流为10A，则这台电动机消耗的电功率为______，发热功率为______，转化成机械功率为______，电动机的效率为______。

16.有一电风扇上标有“220V55W”，若风扇的电动机线圈电阻为8Ω，当它正常工作时，电源供给的电功率是______W，转化为风的电功率是______W，电动机的发热功率是______W. 17. 微型吸尘器中直流电动机的线圈电阻一定。

当加在电动机上的电压为0.3V，电流为0.3A 时，电动机不转动。

当加在电动机上的电压为2.0V，电流为0.8A时，电动机正常工作。

此时电动机内电热转换的电功率是W；电能转化为机械能的功率是________W。

18.某地强风风速v=20m/s，风力发电机的扇叶总面积为S=20m2，若风能的70%转化为电能（即η=70%），其电功率为7×104W。

那么利用上述物理量计算空气密度的表达式ρ=_____________，其大小是ρ=_____________。

19．某滑动变阻器上标有“20Ω、0.2 A”字样，现将固定端A和滑动端P接在3V的电源上，并保持电压不变，如图所示。

在P由B端向A端滑动过程中，AP段电阻允许消耗的最大功率是多少？这时AP段电阻值多大？
（第10题）
20.一小型水电站，给用户输电的导线的总电阻是10Ω，输送的电功率是20kW.若输电线在1h内因发热损耗的电能是1kW·h，那么该电站的输出电压是多少?用户得到的电压是多少?
21.一台直流电动机线圈电阻r =1Ω，与一阻值R=10Ω的电阻串联，当所加电压U=150V，电动机正常工作时电压表示数100V，求电动机消耗的功率及输出的机械功率。

（第21题）
22.如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103℃）时会自动断开；S2是一个自动温控开关，当温度低于60℃时会自动闭合，温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热状态时的指示灯，它在保温状态下是不亮的，黄灯是保温状态下的指示灯。

限流电阻R1=R2=500Ω，加热电阻丝R3=50Ω，两灯的电阻不计。

（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温的过程）。

（2）简要回答，如果不闭合开关S1，电饭煲能将饭煮熟吗？
（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。

（第22题）
23.一台国产XQB30—13型全自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：
额定电压220 Ｖ
额定频率50 Hz
额定洗衣、脱水功率360 W
额定洗衣、脱水容量 3 kg
整机质量33 kg
外形尺寸(长×宽×高) (5４2×550×９20)ｍｍ3
(2)如洗衣、脱水的累计时间为40 min，则洗衣机耗电多少?
参考答案：
1AC 2B 3D 4AC 5A 6D 7D 8 B 9、BD 10ABC 11C 12AD
13、6V ，10s 14、11/3W 7W 15、1100W ，200W ，900W ，82% 16、55；54.5；0.5
17、 0.64W 、 0.96W 18、2p /Sv 3η、 1.25kg/m 3 19、0.6W ，15Ω 20、1900V
21、P=IU M =5×100=500W P 热=I 2r =25W P 机=P-P 热=500-25=475W
22、(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时把手动开关S 1关闭，这时黄灯短路红灯亮，电饭堡处于加热状态，加热到80℃时，S 2自动断开，S 1仍闭合待电饭煲中水烧干后，温度升高到103℃时.开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于电饭堡散热，待温度下降至70℃时，S 2自动闭合，电饭煲重新处于加热状态，待温度上升到80℃时，又自动断开，电饭煲再次处于保温状态.(2)不能，因为如果不闭合S 1，则只能将食物加热至80℃.(3)设电饭煲处于加热状态时，功率为P 1，
8W .1064W )5005050050(220R U P 2
2321=+⨯== 设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P 2，则
8W .88W 50
50050500500220R R U P 22312
2≈+⨯+=+= 所以P 1:P 2≈12:1
23、 (1)1.64 A;(2)8.64×105 J。