《2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 2.5 焦耳定律課件 新人教版選修3-1.ppt》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 2.5 焦耳定律課件 新人教版選修3-1.ppt(67頁珍藏版)》請在裝配圖網上搜索。
1、5 焦 耳 定 律,【自主預習】 1.電功: (1)物理意義:表示_____轉化為其他形式能的多少。 (2)定義:在一段電路中_______所做的功,也就是 _____所做的功。,電能,電場力,電流,,(3)實質:導體中的恒定電場通過靜電力對自由電荷做 功,通過電流做功把電能轉化為_____________。 (4)公式:______。單位:________。,其他形式的能,W=IUt,焦耳(J),,2.電功率: (1)物理意義:表示電流做功_____的物理量。 (2)定義:___________電流所做的功。 (3)公式:P=___。單位:_____(W)。,快慢,單位時間內,IU,瓦特,,
2、3.焦耳定律: (1)內容:電流通過導體產生的熱量跟_____________ 成正比,跟導體的_____及_________成正比。 (2)公式:Q=____。 (3)熱功率:___________的發(fā)熱量,P=___,電流的二次方,電阻,通電時間,I2Rt,單位時間內,I2R,,【預習小測】 1.(多選)關于功率的三個公式P=UI,P=I2R,P= 的適用范圍,以下說法正確的是( ),A.第一個公式普遍適用于求電功率,后兩式普遍適用于求熱功率 B.在純電阻電路中,三個公式既可用于求電功率,又可用于求熱功率 C.在非純電阻電路中,第一個公式可用于求電功率,第二個公式可用于求熱功率,第三個公式
3、沒有意義 D.由U=IR可知,三個公式沒有任何區(qū)別,它們表達相同的意義,所以P既是電功率,也是熱功率,,【解析】選B、C。公式P=UI適用于任何電路,P=I2R適 用于任何情況下求熱功率,公式P= 只適用于純電阻 電路,故B、C對,A、D錯。,,2.通過電阻R的電流為I時,在時間t內產生的熱量為 Q;若電阻為2R,電流為 時,則在時間t內產生的熱 量為( ) A.4Q B.2Q C. D.,,【解析】選C。由焦耳定律知:Q=I2Rt, Q′= 2Rt= ,故C對。,主題一 電功 電功率 【互動探究】 在日常生活中,經常會用到家用小電器,例如電吹風、電熨斗等,它們都會分為幾擋,像電吹風
4、可以吹暖風和熱風,電熨斗的不同檔位可以熨燙不同材質的衣物。它們都是通過電流做功把電能轉化為內能的。 (1)電流做功的實質是什么?,提示:導體中的恒定電場通過靜電力對自由電荷做功,通過電流做功把電能轉化為其他形式的能。,,(2)不同的用電器功率不同,功率越大的用電器所做的功一定越多嗎? 提示:不一定,功率是描述做功快慢的物理量,功率越大的用電器在相同時間內做的功越多。,,(3)電流通過用電器時,電流做功越多,說明用電器的電功率越大,這種說法正確嗎? 提示:不正確。電功率等于電流所做的功跟所用時間的比值,即電流做功的快慢,所以電流做功多,用電器的電功率不一定大。,,(4)由問題(1)、(2)可知電
5、流做功的“快慢”與電流做功的“多少”有何關系? 提示:電流做功快,但做功不一定多;電流做功慢,但做功不一定少。電流做功的快慢用電功率表示,電流做功的多少用電功表示。電流做功的多少與做功的時間和做功的快慢有關。,,【探究總結】電功、電功率的辨析 (1)電功的大小量度了電能的變化量,標志著電能轉化為其他形式能的多少。 (2)電功率表示電流做功的“快慢”,與電流做功的“多少”意義不相同。電功不僅與電功率有關,還與時間有關。,,【拓展延伸】用電器的額定功率和實際功率 (1)額定功率:用電器長期正常工作時的最大功率,也就是用電器在額定電壓(或通以額定電流)時消耗的電功率。P額、I額、U額三個量中一個達到
6、額定值,另外兩個也達到額定值。,,(2)實際功率:用電器實際工作時消耗的電功率。燈泡的亮度取決于實際功率,為了使用電器不被燒毀,要求實際功率不能大于其額定功率。,,【典例示范】 一只標有“110V 10W”字樣的燈泡(燈泡電阻不變): (1)它的電阻是多大? (2)它正常工作時的電流多大? (3)如果接在100V的電路中,它的實際功率多大? (4)它正常工作多少時間消耗1kWh的電能?,,【解析】本題考查電功和電功率的理解和計算。 (1)燈泡的電阻R= =1 210Ω。 (2)它正常工作時的電流 I額= ≈0.09A。,,(3)因燈泡電阻不變,由P= 得 P實∶P額= P實= P額=
7、10W≈8.3W。 (4)1kWh=3.6106J,由W=Pt得 t= =3.6105s=100h。 答案:(1)1 210Ω (2)0.09A (3)8.3W (4)100h,,【探究訓練】 一根電阻絲在通過2C的電荷量時電流所做的功為8J,若在相同的時間內通過4C的電荷量,求: (1)電阻絲上的電流所做的功。 (2)電流做功的功率是原來的幾倍。,,【解題指南】解答本題應明確以下兩點: (1)注意電荷量q=It及純電阻電路W=Q=I2Rt。 (2)用W=I2Rt計算電功的大小。,,【解析】(1)設電阻絲的電阻為R, 由q=It得 由W=I2Rt得 所以W2=4W1=32J (2)由電功率
8、P= 得 =4(倍) 答案:(1)32J (2)4倍,,【補償訓練】 1.當電阻兩端加上某一穩(wěn)定電壓時,通過該電阻的電荷量為0.3C,消耗的電能為0.9J。為在相同時間內使0.6C的電荷量通過該電阻,在其兩端需加的電壓和消耗的電能分別是( ) A.3V 1.8J B.3V 3.6J C.6V 1.8J D.6V 3.6J,,【解析】選D。設兩次加在電阻R上的電壓分別為U1和 U2,通電的時間都為t。由公式W1=U1q1和W1= t可 得:U1=3V, =0.1sΩ-1。再由W2=U2q2和W2= t可 求出:U2=6V,W2=3.6J,故D對。,,2.如圖所示電路中,R1=R3P1>P3
9、>P4 C.P2>P1>P4>P3 D.P1>P2>P3>P4,,【解析】選B。根據并聯電阻的特點,R3、R4兩電阻的并聯值R34要小于R3,所以根據串聯電路中功率分配關系可知P2>P1>P34,再根據并聯電路中功率分配關系可知P3>P4,故選項B正確。,3.(2018成都高二檢測)如圖所示為 某兩個電阻的U-I圖象,則R1∶R2的值 和把兩電阻串聯后接入電路時消耗功 率之比P1∶P2及并聯后接入電路時消 耗功率之比P′1∶P′2分別是( ) A.2∶1 2∶1 1∶2 B.2∶1 1∶2 2∶1 C.1∶2 1∶2 2∶1 D.1∶2 2∶1 1∶2,【解析】選A。由U-I圖象可知,R1∶
10、R2=2∶1,把R1、R2串聯接入電路,由P=I2R知P1∶P2=R1∶R2=2∶1,并聯時P′1∶P′2=R2∶R1=1∶2,故選A。,4.(多選)(2018濱州高二檢測)小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示,P為圖線上一點,PN為圖線的切線,PQ為U軸的垂線,PM為I軸的垂線。則下列說法中正確的是( ),,A.對應P點,小燈泡的電阻為R= B.對應P點,小燈泡的電阻為R= C.隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻增大 D.對應P點,小燈泡功率為P=U1I2,【解析】選B、C、D。此電阻是非線性元件,其電阻 不等于圖象切線斜率的倒數,所以小燈泡的電阻為 R≠ ,故A錯誤;據電阻的
11、定義式可知,對應P 點,小燈泡的電阻為R= ,故B正確;圖線上的點與 原點連線的斜率的倒數等于電阻大小,由數學知識可 知,隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻增大,故C正 確;由恒定電流的功率公式P=UI可知,對應P點,小燈 泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積,故D正確。,【通法悟道】串、并聯電路中電功率的分析與計算 方法 (1)串聯電路:P=I2R。 ① ②P總=P1+P2。 (2)并聯電路: ① ②P總=P1+P2。,主題二 電功與電熱的比較 【互動探究】 1.公式W=UIt、Q=I2Rt應用時應注意什么? 提示:W=UIt普遍適用,而Q=I2Rt只適用于純電阻電路。,,2.W=UIt可以計
12、算熱量嗎? 提示:在純電阻電路中,可以應用W=UIt計算熱量,而在非純電阻電路中不能應用W=UIt計算熱量。,,3.純電阻電路和非純電阻電路中電功和電熱有什么關系? 提示:在純電阻電路中,電流做功消耗的電能全部轉化為電熱,即W=Q。在非純電阻電路中,電流做功消耗的電能除一部分轉化為電熱之外,大部分轉化為其他形式的能,即W=Q+E其他,此時W>Q。,4.某一電路中只含有某一電阻元件,即白熾燈、電動機、電爐、電容器、電熨斗、電飯鍋、電解槽其中的一種,分析哪些屬于純電阻電路,哪些屬于非純電阻電路。,白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋,電動機、電解槽、電容器,【探究總結】 1.純電阻電路與非純電阻電路的比較
13、:,2.對電動機電路的分析: 電動機的功率: 電動機的總功率(輸入功率):P總=UI。 電動機的熱功率:P熱=I2r。 電動機的輸出功率(機械功率):P出=UI-I2r。 電動機的效率:,,【拓展延伸】 (1)電路分析: ①若電動機轉動,則電能轉化為機械能和內能,此時為非純電阻電路,部分電路歐姆定律不再適用。 ②若電動機不轉,則沒有電能轉化為機械能,此時損失的電能全部轉化為內能,這時的電路為純電阻電路。,(2)電動機的等效處理:電動機是一種非純電阻用電器,它把電能轉化為機械能和熱能,在電路計算中,常把電動機等效為阻值等于其內阻的電阻rD和無電阻的轉動線圈D串聯而成,如圖所示,電流通過rD時把電
14、能轉化為熱能,而通過線圈D時把電能轉化為機械能。,,【典例示范】 (2018臨沂高二檢測)一臺電風扇的額定功率是60W,內阻為2Ω,當它接在220V的電壓下正常運轉,問:,(1)電風扇正常運轉時,通過它的電流多大?每秒鐘有多少電能轉化為機械能? (2)若接上電源后,電風扇因故不能轉動,這時通過它的電流多大?電風扇實際消耗的電功率多大?此時可能會發(fā)生什么問題?,,【解題指南】解答本題時應明確以下兩點: (1)電動機正常工作時為非純電阻。 (2)電動機卡位不轉時為純電阻。,,【解析】(1)電風扇正常運轉,消耗的功率為額定功 率,由P=UI,所以I= ≈0.27A,由能量守 恒定律得W=Q+E,
15、即Pt=I2Rt+E,所以E=Pt-I2Rt≈ 59.58J。,,(2)電風扇不轉動,相當于純電阻,由歐姆定律得 U=I′R,所以I′= =110A,實際消耗的電功 率P′= =24 200W,由于電風扇實際消耗的 電功率遠大于其額定功率,且電能全部轉化為內能, 電風扇將被燒壞。 答案:(1)0.27A 59.85J (2)110A 24 200W 電風扇將被燒壞,,【探究訓練】 (2018鹽城高二檢測)小明準備參加玩具賽車比賽,他想通過實驗挑選一只能量轉換效率較高的電動機,實驗時他先用手捏住電動機的轉軸,使其不轉動,然后放手,讓電動機正常轉動,分別將2次實驗的有關數據記錄在表格中。請
16、問:,,,(1)這只電動機線圈的電阻為多少? (2)當電動機正常工作時,轉化為機械能的功率是多少? (3)當電動機正常工作1分鐘時,電動機消耗的電能是多少? (4)該玩具電動機正常工作時電能轉化為機械能的效率是多少?,,【解析】(1)電動機不轉動時,是純電阻電路,根據歐姆定律得: (2)當電動機正常工作時, P機=UI-I2r=(21-120.5)W=1.5W (3)當電動機正常工作1分鐘時,電動機消耗的電能 E=UIt=2160J=120J,,(4)電能轉化為機械能的效率 答案:(1)0.5Ω (2)1.5W (3)120J (4)75%,,【補償訓練】 1.(多選)下列關于電功、電功率和焦
17、耳定律的說法中正確的是( ) A.電功率越大,電流做功越快,電路中產生的焦耳熱一定越多 B.W=UIt適用于任何電路,而W=I2Rt= 只適用于純電阻的電路,,C.在非純電阻的電路中,UI>I2R D.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路,,【解析】選B、C、D。電功率公式P= ,功率越大, 表示電流做功越快。對于一段電路,有P=IU,I= , 焦耳熱Q=( )2Rt,可見Q與P、U、t都有關。所以,P越 大,Q不一定越大,A不對。W=UIt是電功的定義式,適 用于任何電路,而W=I2Rt= t只適用于純電阻的電 路,B對。在不是純電阻的電路中,電流所做的功=焦 耳熱+其他形式的能,所以W>Q,
18、即UI>I2R,C正確。,,Q=I2Rt是焦耳熱的定義式,適用于任何電路中產生的焦耳熱,D正確。故選B、C、D。,2.(多選)(2018大慶高二檢測)如圖所示,電阻R1=20Ω,電動機繞組R2=0Ω,當開關斷開時,電流表的示數是0.5A,當開關閉合后,電動機轉動起來,電路兩端的電壓不變,電流表的示數I和電路消耗的電功率P應是( ) A.I=1.5A B.I<1.5A C.P=15W D.P<15W,,【解析】選B、D。當開關S斷開時,由歐姆定律得 U=I1R1=10V,當開關S閉合后,通過R1的電流仍為 0.5A,電動機的電流I2< =1A,故電流表的 電流I<1.5A,電路中電功率P=UI
19、<15W,故B、D正確。,,3.如圖所示,電路兩端電壓U恒為28V,電燈上標有“6V 12W”字樣,直流電動機線圈電阻R=2Ω。若電燈恰能正常發(fā)光,求: (1)流過電燈的電流是多大? (2)電動機兩端的電壓是多大? (3)電動機輸出的機械功率是多少?,,【解析】(1)電燈L正常發(fā)光,電路中的電流為 (2)由歐姆定律可求得,電動機兩端的電壓為 U′=U-UL=28V-6V=22V,,(3)電動機的總功率為 P總=IU′=2A22V=44W 電動機的熱功率為 PE=I2R=(2A)22Ω=8W 所以電動機的輸出功率為 P出=P總-PE=44W-8W=36W 答案:(1)2A (2)22V (3)36W,,【通法悟道】純電阻電路和非純電阻電路的解題思路 (1)對于純電阻電路和非純電阻電路,應從能量轉化的角度區(qū)分。例如,當電動機不轉時,消耗的電能全部轉化為內能,此時它就是一個純電阻電路,當電動機轉動時,消耗的電能轉化為機械能和內能,此時電路才是非純電阻電路。,,(2)不論是哪種電路,計算電功用公式W=UIt,計算電 熱用公式Q=I2Rt都是對的。在非純電阻電路中,無論 計算電功還是計算電熱,用 t都是不對的。,【課堂小結】,