高中物理 第二章 直流电路 6焦耳定律电路中的能量转化课件 教科版选修31.ppt

6焦耳定律电路中的能量转化 请大家说出你所知道的利用电能的例子 并说明这些电能是如何转化为其他形式的能量的 繁华美丽的城市需要强大的电力来支持 1 理解电功和电功率的概念及公式 能进行相关运算 2 理解焦耳定律 了解焦耳定律在生产 生活中的应用 3 能结合实际问题区分电功和电热 进一步体会能量守恒的意义和普适性 重点 1 导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动 电场力对定向移动的电荷做功吗 做功 而且做正功2 电场力做功将引起能量的转化 电能转化为其他形式的能 举出一些大家熟悉的例子 电能 机械能 如电动机 电能 内能 如电热器 电能 化学能 如电解槽 则电场力做功w qu即 w uit 如图一段电路两端的电压为u 通过的电流为i 在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量q it 电流在一段电路中所做的功w等于这段电路中的电流i 电路两端的电压u 通电时间t三者的乘积 3 单位 焦 j 千瓦时 kw h 1度 1kw h 3 6 106j 一 电功 w iut 2 公式 1 定义 电场力 或电流 所做的功 计算电功普遍用的公式 1 定义 电流所做的功与做这些功所需时间的比值叫做电功率 二 电功率 2 公式 p w t iu 电流在一段电路上做功的功率p等于电流i与这段电路两端的电压u的乘积 3 单位 瓦特 简称瓦 符号 w 千瓦 kw1kw 1000w 4 额定功率和实际功率 用电器铭牌上所标称的功率是额定功率 用电器在实际电压下工作的功率是实际功率 用电器只有在额定电压下工作时实际功率才等于额定功率 几种常见家用电器的额定功率 用电器 29寸彩电 电熨斗 电冰箱 微波炉 台灯 额定电压 v 220 220 220 220 220 额定功率 w 80 150 300 800 100 150 800 1200 40 60 焦耳 j p joule1818 12 1889 10 英国曼彻斯特一位酿酒世家的儿子 业余科学家 自幼跟随父母参加酿酒劳动而没有上过正规学校 是一位没有受过专门训练的自学成才的科学家 三 焦耳定律 热功率 在近40年的时间内 焦耳进行了400余次测定 热功当量 的实验 为能量守恒定律的建立打下坚实的实验基础 1849年 焦耳用水测出的热功当量平均值为4 154j cal 与现代公认值十分接近 历经艰难曲折的探索 他的实验结果最终使科学界公认为能量守恒是自然界的一条基本定律 1850年 32岁的焦耳被选为英国皇家学会会员 1886年被授予皇家学会柯普兰金质奖章 1872 1887年间任英国科学促进协会主席 他数十年如一日不屈不挠进行实验研究的精神为世人所崇敬 在真空中 电场力对电荷做正功时 减少的电势能转化为电荷的动能 在金属导体中 在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞 把定向移动的动能传给离子 使离子热运动加剧 从而将电能全部转化为内能 电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关呢 结论1 在通电电流和通电时间相同的条件下 电阻越大 电流产生的热量越多 结论2 在电阻和通电时间相同的条件下 电流越大 电流产生的热量越多 结论3 在通电电流和电阻相同的条件下 通电时间越长 电流产生的热量越多 实验结论 公式推导 电能全部转化为内能 q w iut 欧姆定律 u ir q i2rt 1 焦耳定律内容 电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比 跟电阻值成正比 跟通电时间成正比 2 焦耳热 电流通过电阻而产生的热量称为焦耳热3 热功率 电阻通电时所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值叫做热功率p热 q t i2r 你是否还能举出几种生活中的电热器 在有些情况下 产生的焦耳热对机器是有害的 因此要通过增加表面积来及时散热 四 电路中的能量转化 1 纯电阻电路 电能内能 电功 电热w iut i2rt q 电功率 热功率p iu u2 r i2r p热 2 非纯电阻电路 m 电能内能 其他形式的能 w q i2rt w其他 iut i2rt 电功 w iut电热 q i2rt 电功率 p iu热功率 p热 i2r 对闭合电路 根据闭合电路欧姆定律知 e u ir等式两边同乘以i 得ie iu i2r 其物理意义是 电源把其他形式的能转变为电能的功率ie等于电源输出功率iu与电源内电路的热功率i2r之和 例1 一规格为 220v1000w 的电炉 求 1 电炉正常工作时 通过电阻丝的电流 2 电炉的电阻 解 1 由p ui知 电炉正常工作时 2 电炉的电阻 由p u2 r得 例2 加在某台电动机上的电压是u 电动机消耗的电功率为p 电动机线圈的电阻为r 则电动机线圈上消耗的热功率为 c 分析 在非纯电阻电路中计算电功率只能用p ui 热功率只能用p热 i2r所以正确的是c 例3 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是多少 解 根据能量守恒定律得 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 60j 6 54 104j 一 电功w定义 电场力 或电流 所做的功公式 w iut单位 j1kw h 3 6 106j 二 电功率p定义 单位时间内电流所做的功公式 p w t iu单位 wkw 三 电热q定义 电流通过导体时产生的热量公式 q i2rt单位 j焦耳定律 电流通过电阻产生的热量跟电流i的二次方成正比 跟导体的电阻r和通电时间t成正比 四 热功率p热定义 单位时间内的发热量公式 p热 i2r单位 wkw 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 热功率例如含电动机 电解槽的电路中 电能要分别转化为机械能和化学能 还有一部分转化为电阻的内能 1 一个电热器电阻为r 当它两端电压为u时 经过时间t消耗的电能为w 若使它消耗的电能为4w 下列方法正确的是 a 电阻r不变 电压u不变 通电时间t变为原来的2倍b 电阻r减半 电压u增大1倍 通电时间t不变c 电阻r不变 电压u增大1倍 通电时间t不变d 电阻r减半 电压u不变 通电时间t不变 c 2 小红家的电表允许通过的最大电流是10a 她家有4个标有 220v60w 的灯泡 1个标有 220v1000w 的热水器 1台制冷时耗电140w的电冰箱和一台耗电80w的电视机 则下列说法正确的是 a 所有用电器可以同时使用b 除热水器外其他用电器可以同时使用c 关闭电视机后其他用电器可以同时使用d 电冰箱制冷时 其他用电器不能同时使用 a 3 一只电炉的电阻丝的电阻和一台电动机线圈的电阻相同 都为r 设通过它们的电流相同 电动机正常运转 则在相同的时间内 a 电炉和电动机产生的电热相等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 abc 4 有一个直流电动机 把它接入0 2v电压的电路时 电动机不转 测得流过电动机的电流是0 4a 若把它接入2v电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是1a 求 1 电动机正常工作时的输出功率 2 如在正常工作时 转子突然被卡住 此时电动机的发热功率多大 提示 电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器 解 1 电动机加0 2v电压时 电动机不转 可看成是纯电阻用电器 根据部分电路欧姆定律得i 得电动机电阻r 0 5 接入2v的电压时 电动机正常工作 电流为1a此时电动机输出功率p出 p电 p热