人教版选修31 第二章 第5节 焦耳定律 学案.doc

一、电功和电功率1电功(1)定义：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和通电时间t三者的乘积。(2)公式：wiut。(3)国际单位：焦，符号为j。(4)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。(5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。即电功是电能转化为其他形式的能的量度。2电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功。(2)公式：piu。(3)单位：瓦，符号：w。(4)意义：表示电流做功的快慢。3额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。当用电器两端电压达到额定电压u额时，电流达到额定电流i额，电功率也达到额定功率p额，且p额u额i额。(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。判一判1电流做功的实质是电场力对电荷做功()2kwh是电功的单位，1 kwh3.6106 j()3电流做的功越多，电功率越大()二、焦耳定律1焦耳定律(1)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。(2)公式：qi2rt。(3)对应单位：1 j1 a2s。(4)适用范围：可求任何电路中的电热。2热功率(1)定义：单位时间内产生的电热。(2)公式：pi2r。说明1纯电阻电路和非纯电阻电路2.电功与电热的区别与联系(1)纯电阻电路：wquiti2rtt；p电p热uii2r。(2)非纯电阻电路：电功wuit，电热 qi2rt，wq；电功率p电ui，热功率p热i2r，p电p热。判一判1电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能()2电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程()3电功率越大，表示电流做功越多()4焦耳定律的表达式为qi2rt，此式适用于任何电路()典型例题例1.额定电压都是110 v，额定功率pa100 w，pb40 w的电灯两盏，若接在电压是220v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( )解析对灯泡有pui，可知：rarb，对于a电路，由于raua，且有ub110 v，b灯被烧毁，uara，a灯又并联变阻器，并联电阻更小于rb，所以ubu并，b灯被烧毁。对于c电路，b灯与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电路中变阻器功率为(iaib)110，而d电路中变阻器功率为(iaib)110，所以c电路消耗电功率最小。答案c点评灯泡属于纯电阻用电器，一般计算中为了简便不考虑温度对阻值的影响(实际情况并不这样)，由p额可知道灯泡的阻值，当加在它两端的电压变化时，它的实际功率要随之变化而其电阻不变，灯泡的亮暗取决于实际消耗的电功率，而不能看额定功率。只有加在它两端的电压等于额定电压时，其实际功率才等于额定功率。即时巩固1如图所示电路中，r1r3r2r4，在a、b两端接上电源后，设每个电阻所消耗的电功率分别为p1、p2、p3、p4，则它们的大小关系是( )ap1p3p2p4bp2p1p3p4cp2p1p4p3dp1p2p3p4解析：选b根据并联电阻的特点，r3、r4两电阻的并联值r34要小于r3，所以根据串联电路中功率分配关系可知p2p1p34。再根据并联电路中功率分配关系可知p3p4，故选项b正确。 1.电动机模型如图，电动机由线圈电阻和其他元件组成，电动机工作时，部分电压加在线圈电阻上，大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能，此时电路为非纯电阻电路，通电但电动机不工作时，电压全部加在线圈电阻上，此时电路为纯电阻电路。2电动机的特性：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。3输入功率：电动机的总功率。计算公式：p总ui。4输出功率：电动机做有用功的功率。如图所示，p出mgv(设重物匀速上升)。5热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率p热i2r。6功率关系：p总p出p热。7电动机的效率：。注意在非纯电阻电路中，只能用wuit，pui计算电功和电功率；qi2rt及p热i2r计算电热和热功率。典型例题例2.在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器r使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 a和 1.0 v；重新调节r使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 a和15.0 v。求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻。 解析当电流表和电压表的示数为0.5 a和1.0 v时，电动机停止工作，电动机中只有电动机的内阻消耗电能，其阻值为：r 2 当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 a和15.0 v，则电动机的总功率p总u2i215.02.0 w30.0 w线圈电阻的热功率p热ir2.022 w8.0 w所以电动机的输出功率p输出p总p热30.0 w8.0 w22.0 w答案22.0 w2 点评电动机电路的分析与计算即时巩固2如图所示，一台直流电动机所加电压为110 v，通过的电流为5 a。该电动机在10 s内把一个质量为50 kg的物体匀速提高了9 m，求电动机的电功率和电动机线圈的电阻(不计摩擦，g取10 m/s2)。解析：电功率：pui1105 w550 w电动机做功的过程就是把电能转化为机械能和内能的过程。机械能：emgh50109 j4 500 j内能：qwepte(550104 500) j1 000 j由焦耳定律qi2rt，得：r 4 。答案：550 w4 1多选关于三个公式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电热功率b在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求电热功率c在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求电热功率，第三个公式没有意义d由uir可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所示p即是电功率解析：选bc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别，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表示电热功率。因此，在纯电阻电路中，uii2r，消耗的电能全部转化为热能；而在非纯电阻电路中，uii2r，即消耗的电能只有部分转化为热能，综上所述，b、c正确。2一电动机线圈电阻为r，在它两端加上电压u，电动机正常工作，测得通过它的电流为i，电动机的机械功率是( )ai2rb. cuii2r dui解析：选c电动机的电功率pui，热功率p热i2r，所以机械功率是p机pp热uii2r，选项c正确。3电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个白炽灯串联使用，电灯还和一只开关并联，然后再接到市电上(如图所示)。下列说法中正确的是()a开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大b开关接通时，电灯熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小c开关断开时，电灯发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热功率较小d开关断开时，电灯发光，可供在焊接时照明使用，消耗总功率不变解析：选a开关接通将灯泡短路，电灯熄灭，电路中总阻值减小，由p知，电路的总电功率增大，a对，b错；开关断开时，电灯发光，电路中总阻值较大，由p知，电路的总电功率较小，电烙铁发热功率较小，c、d错。4有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“220 v60 w”。现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量()a日光灯最多 b电烙铁最多c电风扇最多 d一样多解析：选b电烙铁是纯电阻用电器，即以发热为目的，电流通过它全部用来产生热。而日光灯和电风扇是非纯电阻电路，电流通过它们时产生的热量很少，电能主要转化为其他形式的能(光能和叶片动能)。综上所述，b正确。5一台线圈电阻为2 的电动机接在110 v的电路中工作时，通过电动机的电流为10