【】2020年高中物理(人教选修3-1)配套学案:第2章--学案6-焦耳定律.docx
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1、学案6焦耳定律学习目标定位 1.知道并理解电功、电功率的概念,并能利用公式进行有关计算.2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区分和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区分一、电功和电功率1电功(1)公式推导:如图1所示,假如电路左、右两端的电势差是U,在电荷q从左端移到右端的过程中静电力做的功是WqU,把qIt代入得WIUt.图1这表示,电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通过时间t三者的乘积(2)单位:焦耳,符号为J.2电功率(1)定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率(2)公式推导:用P表示电功率,则有P,进而得到PIU.(3)单位:瓦特,符号为W.
2、二、焦耳定律1推导:由欧姆定律UIR代入QIUt后可得热量Q的表达式QI2Rt.2内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比3热功率(1)单位时间内的发热量称为热功率(2)表达式:PI2R.一、电功和电功率问题设计1在日常生活中,经常会用到家用小电器,例如电吹风、电熨斗等,它们都会分为几挡,像电吹风可以吹暖风和热风它们都是通过电流做功把电能转化为热能的电流做功的实质是什么?答案导体中的恒定电场通过静电力对自由电荷做功,通过电流做功把电能转化为其他形式的能2电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同,两者间有何关系?答案不相同电流做功快,但做功不愿定多;电
3、流做功慢,但做功不愿定少电流做功的快慢用电功率表示,电流做功的多少用电功表示电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关要点提炼1电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,即电功等于电路中电能的削减量2电功的实质:电流通过一段电路所做的功,实质是电场力在这段电路中所做的功3电功常用的单位还有:千瓦时(kWh),也称“度”,1 kWh3.6106 J.4电功率PIU,表示电流做功的快慢二、焦耳定律和纯电阻电路、非纯电阻电路问题设计1某一电路中只含有某一电阻元件,即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种,分析哪些属于纯电阻电路,哪些属于非纯电阻电路答案纯电阻电路有:白炽
4、灯、电炉、电熨斗、电饭锅;非纯电阻电路有:电动机、电解槽、电容器2试依据电功和电热的关系区分纯电阻电路和非纯电阻电路答案在纯电阻电路中,电流做的功全部转化为电热,即WQ.在非纯电阻电路中,电流做的功除一部分转化为电热之外,大部分转化为其他形式的能,即WQE其他,此时WQ.要点提炼1纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的内能2非纯电阻电路:含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路在非纯电阻电路中,电流做的功将电能除了转化为内能外,还转化为机械能或化学能3电功和电热的计算公式比较纯电阻电路非纯电阻电路电功WUItI2RttWUIt电热QUItI2RttQI2Rt电功率PUII2
5、RPUI热功率P热UII2RP热I2R4纯电阻电路中:WQ;PP热;非纯电阻电路中:WQE其他Q;PP热P其他P热延长思考用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么缘由?答案通电导线跟电炉丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比连接电炉丝的部分导线电阻大得多由焦耳定律QI2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多一、电功、电热电功率、热功率公式的比较例1下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热确定越多BWUIt适用于任何电路,而WI2Rtt只适用于纯电阻电路
6、C在非纯电阻电路中,UII2RD焦耳热QI2Rt适用于任何电路解析电功率公式P,表示电功率越大,电流做功越快对于一段电路,有PIU,I,焦耳热Q()2Rt,可见Q与P、U、t、R都有关,所以P越大,Q不愿定越大,A错WUIt是电功的定义式,适用于任何电路,而I只适用于纯电阻电路,B对在非纯电阻电路中,电流做的功焦耳热其他形式的能,所以WQ,即UII2R,C对QI2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路,D对答案BCD二、纯电阻电路中的功率支配及计算例2额定电压都是110 V,额定功率PA100 W,PB40 W的灯泡两盏,若接在电压为220 V的电路上,使两盏灯炮均能正常发光,且消耗功率最小的电
7、路是()解析推断灯泡能否正常发光,就要推断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流,对灯泡有PUI,可知RARB.对于A电路,由于RARB,所以UBUA,且,有UB110 V,B灯被烧毁,UA110 V,A灯不能正常发光对于B电路,由于RBRA,A灯又并联滑动变阻器,并联电阻小于RB,所以UBU并,B灯烧毁对于C电路,B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UAUB110 V,两灯可以正常发光对于D电路,若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UAUB110 V,两灯可以正常发光比较C、D两个电路,由于C电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V,而D电路中滑动变阻器功率为(IA
8、IB)110 V,所以C电路消耗电功率最小答案C三、非纯电阻电路的特点及计算例3如图2所示的电路中,电源电压为60 V,内阻不计,电阻R2 ,电动机的内阻R01.6 ,电压表的示数为50 V,电动机正常工作,求电动机的输出功率图2解析电动机正常工作时,电动机两端的电压U050 V,此时通过电路中的电流:I5 A,电动机的输出功率P出U0II2R0210 W.答案210 W规律总结电动机的功率电动机的总功率(输入功率):P入UI.电动机的热功率P热I2r.电动机的输出功率(机械功率):P出UII2r.电动机的效率:1.针对训练一台电动机内阻为1 ,接到120 V的电源上当电动机工作时,电流为10
9、 A问:(1)电动机输入功率是多少?(2)电动机发热功率是多少?(3)输出的机械功率是多少?答案(1)1 200 W(2)100 W(3)1 100 W解析(1)电动机的输入功率P电UI12010 W1 200 W.(2)电动机的发热功率P热I2r1021 W100 W.(3)输出的机械功率P机P电P热1 200 W100 W1 100 W.1(功率PUI,PI2R,P的区分)关于三个公式PUI,PI2R,P的适用范围,以下说法正确的是()A第一个公式普遍适用于求电功率,后两式普遍适用于求热功率B在纯电阻电路中,三个公式既可适用于求电功率,又可适用于求热功率C在非纯电阻电路中,第一个公式可适用
10、于求电功率,其次个公式可用于求热功率,第三个公式没有意义D由UIR可知,三个公式没有任何区分,它们表达相同的意义,所求P既是电功率,也是热功率解析首先要明确,欧姆定律UIR只适用于纯电阻电路,因此三个公式在纯电阻电路中没有区分,但在非纯电阻电路中它们互不相同其次,PUI表示电功率,而PI2R表示热功率因此,在纯电阻电路中,UII2R,消耗的电能全部转化为内能;而在非纯电阻电路中,UII2R,即消耗的电能只有部分转化为内能答案BC2(非纯电阻电路)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流,在相同时间内()A电炉放热与电动机放热相等B电炉两端电压小于电动机两端电压C电炉两端电压等
11、于电动机两端电压D电动机消耗的功率大于电炉的功率答案ABD解析电炉属于纯电阻元件,电动机属于非纯电阻元件,对于电炉有:UIR,放热QI2Rt,消耗功率PI2R.对于电动机有:UIR,放热QI2Rt,消耗功率PUII2R.3. (非纯电阻电路的特点)如图3所示,直流电动机线圈的电阻为R,当该电动机正常工作时,电动机两端电压为U,通过电动机的电流为I,则()图3A电动机内部的发热功率为I2RB电动机的机械功率为IUC电动机的总功率为IUD电动机机械功率为IUI2R答案ACD4(纯电阻电路功率的计算)有规格为“220 V 1000 W”的电炉,问它在正常工作时的电阻;假如电压只有200 V,求它实际
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