高中物理《焦耳定律》课件

第5节焦耳定律

1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。

2．理解电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。

3．理解电功率和热功率的区别，会计算电功率和热功率。

4．能从能量守恒角度理解焦耳定律。

一、电功和电功率

1．电功

(1)电流做功的实质：导体中的□01恒定电场对自由电荷的□02静电力在做功。结果自由电荷的电势能□03减小，其他形式的能增加。

(2)公式：W＝□04UIt。

即电流在一段电路中所做的功等于这段电路□05两端的电压、□06电路中的电流、□07通电时间三者的乘积。

(3)单位：国际单位是□08焦耳，符号是□09J。

(4)意义：描述电能转化为其他形式能的多少。

2．电功率

(1)定义：单位时间内□10电流所做的功。

(2)公式：□11P＝UI。

(3)单位：□12瓦特，符号是□13W。

(4)意义：描述□14电能转化为其他形式能的快慢或者是电流做功的快慢。

二、焦耳定律

1．内容：电流通过导体产生的热量跟□01电流的二次方成正比，跟□02导体的电阻及□03通电时间成正比。

2．表达式：Q＝□04I Rt。

3．热功率

热功率意义：表示电流发热□05快慢的物理量

公式：P

热

＝□07Q t＝□08I2R，

单位：瓦特(W)定义：单位时间内的□06发热量

(1)电功与电能的单位相同，电功就是电能。()

(2)电功率越大，电功越大。()

(3)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。()

(4)根据I＝U

R、P＝UI可导出P＝

U2

R，该公式可用于任何用电器。()

(5)电流通过电解槽时，电功大于电热。()

提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√

课堂任务电功和电功率

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

活动1：如图，在导体中恒定电场的作用下，电荷q沿静电力方向移动，电势降低U，静电力对电荷做功多少？

提示：W＝qU。

活动2：电荷沿静电力方向移动，电流对外做功，你能导出电功W与电流I 的关系吗？

提示：由活动1，W＝qU，设q电势降低的过程所用时间为t，则任一截面t 时间内通过的电荷量为q，即电流I＝q

t

代入上式得W＝UIt。

活动3：根据上述活动，如何表示电流做功的快慢？

提示：做功快慢用功率来表示，即P＝W

t

，结合W＝UIt，可得P＝UI。

活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

(1)电功的实质：自由电荷在导体中的恒定电场的静电力作用下，沿静电力的方向做定向移动形成电流，静电力对自由电荷做功，电荷的电势能减小，转化为其他形式的能。

(2)电功和电功率

①电流做功的公式W ＝UIt 。它是电能转化为其他形式的能的一种量度。电流做了多少功一定有多少电能转化为别的形式的能(如内能、机械能)。

②电功率P ＝W

t ＝UI ，它表示电流做功的快慢。 (3)串、并联电路中电功率的分析与计算

已知电功率的普遍表达式P ＝W

t ＝UI ，对于纯电阻电路，U ＝IR ，所以可以得到导出公式：P ＝UI ＝I 2

R ＝U 2

R 。

①由P ＝I 2R 知，串联电阻的功率与电阻成正比。 ②由P ＝U 2

R 知，并联电阻的功率与电阻成反比。

③无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。

例1 额定电压都是110 V ，额定功率P A ＝100 W ，P B ＝40 W 的两盏电灯，若接在电压是220 V 的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是( )

(1)电灯怎样才能正常发光？

提示：电灯必须工作在额定电压或额定电流下才能正常发光。

(2)怎样才能使电路中消耗功率最小？

提示：因为电路消耗的总功率等于各负载消耗的功率之和，两灯功率均为额定功率，则滑动变阻器消耗的功率最小时电路消耗的总功率就最小。

[规范解答]对电灯有P＝UI＝U2

R

，可知：R A＜R B，对于A电路，由于R A

＜R B，所以U B＞U A，且有U B＞110 V，B灯可能被烧毁，A错误。对于B电路，由于R B＞R A，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于R B，所以U B＞U并，B灯可能被烧毁，B错误。对于C电路，B灯与变阻器的并联电阻可能等于R A，所以可能U A＝U B＝110 V，两灯可以正常发光；对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则U A＝U B＝110 V，两灯可以正常发光；比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(I A－I B)×110，而D电路中变阻器功率为(I A＋I B)×110，所以C电路消耗的电功率最小，故选C。

[完美答案]C

解答串、并联电路电功率时应注意的两个问题

(1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比还是反比关系。

(2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。

[变式训练1]三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10 W，现将其中的两只灯泡串联起来后再与第三只灯泡并联接在电路中，则整个电路允许消耗的最大功率为()

A．30 W B．20 W C．15 W D．10 W

答案C

解析连接后电路如图所示，其中L3两端电压最大，它消耗的电功率为10 W 时，因L1与L2串联，且电阻相等，则分配在L1与L2两灯上的电压都是灯L3两端电压的一半。