2020_2021学年高中物理第二章恒定电流5焦耳定律课件新人教版选修3_1202103181198

1、5焦 耳 定 律 必备知识必备知识自主学习自主学习一、电功和电功率一、电功和电功率1.1.电功电功(1)(1)定义定义: :电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U U、电路中的、电路中的_、通电时间、通电时间t t三者的三者的_。(2)(2)公式公式:W=qU=_:W=qU=_。(3)(3)单位单位: :国际单位为国际单位为_,_,符号为符号为_。常用单位为常用单位为_。亦称为。亦称为“度度”,1,1度度=3.6=3.610106 6 J J。(4)(4)实质实质: :电流通过一段电路所做的功电流通过一段电路所做的功, ,实质是实质是_在

2、这段电路中对电荷做在这段电路中对电荷做的功。的功。电流电流I I乘积乘积焦耳焦耳千瓦时千瓦时(kWh)(kWh)电场力电场力UItUItJ J(5)(5)意义意义: :电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程。电功的大小量度电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程。电功的大小量度着电能的转化着电能的转化, ,它标志着有多少电能转化为其他形式的能。它标志着有多少电能转化为其他形式的能。2.2.电功率电功率(1)(1)定义定义: :单位时间内电流所做的功叫作电功率。单位时间内电流所做的功叫作电功率。(2)(2)表达式表达式:P=:P= =_=_。(3)(3)单位单位: :瓦特瓦特, ,符号

3、符号_。常用的单位还有千瓦常用的单位还有千瓦(kW),1 kW= _W(kW),1 kW= _W。(4)(4)物理意义物理意义: :反映电流做功的反映电流做功的_。(5)(5)额定功率额定功率: :用电器在用电器在_下工作的电功率。下工作的电功率。WtUIUIW W1 0001 000快慢快慢额定电压额定电压二、焦耳定律二、焦耳定律【情景思考情景思考】在电风扇正常工作时在电风扇正常工作时, ,如何计算产生的热量如何计算产生的热量, ,其消耗的电能与产生的热量相等吗其消耗的电能与产生的热量相等吗? ?提示提示: :热量的计算要依据焦耳定律热量的计算要依据焦耳定律, ,电风扇正常工作时消耗的电能与

4、产生的热量电风扇正常工作时消耗的电能与产生的热量不相等。不相等。1.1.焦耳定律焦耳定律(1)(1)内容内容: :电流通过导体产生的热量跟电流的电流通过导体产生的热量跟电流的_成正比成正比, ,跟导体的跟导体的_及及通电时间成正比。通电时间成正比。(2)(2)公式公式:Q=_:Q=_。(3)(3)适用范围适用范围: :任何电路。任何电路。2.2.热功率热功率(1)(1)定义定义: :单位时间内产生的单位时间内产生的_。(2)(2)公式公式:P=:P= =_=_。二次方二次方电阻电阻I I2 2RtRt电热电热QtI I2 2R R3.3.下列说法中有科学依据的是下列说法中有科学依据的是_。电流

5、做功越快电流做功越快, ,电功率越大电功率越大Q=IQ=I2 2RtRt只适用于纯电阻电路求电热只适用于纯电阻电路求电热电流做功的过程是指静电力做功的过程电流做功的过程是指静电力做功的过程在非纯电阻电路中热功率一定小于电功率在非纯电阻电路中热功率一定小于电功率电功率越大电功率越大, ,说明电流做功越大说明电流做功越大【易错辨析易错辨析】(1)(1)电功与能量的单位都是焦耳电功与能量的单位都是焦耳, ,电功就是电能。电功就是电能。( )( )(2)(2)电功与电能不同电功与电能不同, ,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。( )(

6、)(3)(3)电功率越大电功率越大, ,表示电流做功越多。表示电流做功越多。( )( )(4)(4)焦耳定律的表达式为焦耳定律的表达式为Q=IQ=I2 2Rt,Rt,此式适用于任何电路。此式适用于任何电路。( )( )(5)(5)三个公式三个公式P=UIP=UI、P=IP=I2 2R R、P=P= 没有任何区别没有任何区别, ,它们表达相同的意义它们表达相同的意义,P,P即是电即是电功率。功率。 ( )( )2UR关键能力关键能力合作学习合作学习知识点一知识点一串、并联电路中的电功率串、并联电路中的电功率1.1.串联电路功率关系串联电路功率关系 2.2.并联电路功率关系并联电路功率关系3.3.

7、结论结论无论是串联电路还是并联电路无论是串联电路还是并联电路, ,电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。【问题探究问题探究】电饭锅在工作时有两种状态电饭锅在工作时有两种状态: :一种是锅内的水烧干以前处于加热状态一种是锅内的水烧干以前处于加热状态; ;另一种是另一种是水烧干以后的保温状态水烧干以后的保温状态( (如图为电饭锅的原理图如图为电饭锅的原理图) )。(1)(1)自动开关自动开关S S接通和断开时接通和断开时, ,电饭锅分别处于哪种状态电饭锅分别处于哪种状态? ?提示提示: :S S接通时电饭锅处于加热状态接通时电饭锅处于加热状态,S,S断

8、开时电饭锅处于保温状态。断开时电饭锅处于保温状态。(2)(2)在保温状态下在保温状态下, ,两电阻上所消耗的功率之比两电阻上所消耗的功率之比? ?提示提示: :所消耗的功率之比等于电阻值之比。所消耗的功率之比等于电阻值之比。【典例示范典例示范】【典例典例】额定电压都是额定电压都是110 V,110 V,额定功率额定功率P PA A=100 W,P=100 W,PB B=40 W=40 W的电灯两盏的电灯两盏, ,若接在电若接在电压是压是220 V220 V的电路上的电路上, ,使两盏电灯均能正常发光使两盏电灯均能正常发光, ,且电路中消耗功率最小的电路且电路中消耗功率最小的电路是是( () )

9、 【解析解析】选选C C。对电灯有。对电灯有P=UI= ,P=UI= ,可知可知:R:RA ARRB B, ,对于对于A A电路电路, ,由于由于R RA ARUUA A, ,且有且有U UB B110 V,B110 V,B灯被烧毁灯被烧毁,A,A错误。对于错误。对于B B电路电路, ,由于由于R RB BRRA A,A,A灯又与滑动变灯又与滑动变阻器并联阻器并联, ,并联部分电阻小于并联部分电阻小于R RB B, ,所以所以U UB BUU并并110 V,B110 V,B灯被烧毁灯被烧毁,B,B错误。对于错误。对于C C电电路路,B,B灯与滑动变阻器并联灯与滑动变阻器并联, ,并联部分电阻可

10、能等于并联部分电阻可能等于R RA A, ,所以可能所以可能U UA A=U=UB B=110 V,=110 V,两两灯可以正常发光。对于灯可以正常发光。对于D D电路电路, ,若滑动变阻器的有效电阻等于若滑动变阻器的有效电阻等于A A、B B的并联电阻的并联电阻, ,则则U UA A=U=UB B=110 V,=110 V,两灯可以正常发光。比较两灯可以正常发光。比较C C、D D两个电路两个电路, ,灯灯A A、B B均正常发光均正常发光, ,流流过过A A、B B的电流均为额定电流的电流均为额定电流, ,由于由于C C电路中滑动变阻器功率为电路中滑动变阻器功率为(I(IA A-I-IB

11、B) )110 V,110 V,而而D D电路中滑动变阻器功率为电路中滑动变阻器功率为(I(IA A+I+IB B) )110 V,110 V,所以所以C C电路消耗电功率最小。电路消耗电功率最小。2UR【素养训练素养训练】1.(1.(母题追问母题追问) )上述例题中如果上述例题中如果B B灯的额定功率改为灯的额定功率改为180 W,180 W,上述四个选项中哪一上述四个选项中哪一个选项能够使得两个灯泡都正常发光个选项能够使得两个灯泡都正常发光? ?【解析解析】由公式由公式P= ,P= ,得得R= ,R= ,所以所以B B灯的电阻小于灯的电阻小于A A灯的电阻灯的电阻, ,所以是需要所以是需要

12、A A灯灯并联一个电阻再和并联一个电阻再和B B灯串联才能正常工作灯串联才能正常工作, ,故此时选故此时选B B电路。电路。答案答案: :见解析见解析2UR2UP2.2.一灯的额定功率为一灯的额定功率为P,P,额定电压为额定电压为U,U,若将灯接在电动势等于若将灯接在电动势等于U U的电源上的电源上, ,这时灯这时灯的实际功率为的实际功率为0.64P0.64P。现将四个与它相同的灯并联在该电源上。现将四个与它相同的灯并联在该电源上, ,则每个灯的实际则每个灯的实际功率为功率为 ( () )A.A. P PB.B. P PC.C. P PD.D. P P641006410032100251001

13、6100【解析解析】选选C C。若将灯接在电动势等于。若将灯接在电动势等于U U的电源上的电源上, ,这时灯的实际功率为这时灯的实际功率为0.64P,0.64P,则灯泡两端的电压为则灯泡两端的电压为0.8U,0.8U,此时电源内阻上的电压为此时电源内阻上的电压为0.2U,0.2U,可知电源内阻为可知电源内阻为r=0.25Rr=0.25RL L。现将四个与它相同的灯并联在该电源上。现将四个与它相同的灯并联在该电源上, ,则外电路电阻为则外电路电阻为0.25R0.25RL L, ,内内阻等于外电路电阻阻等于外电路电阻, ,此时路端电压为此时路端电压为0.5U,0.5U,则根据则根据P= P= 可知

14、每个灯的实际功率可知每个灯的实际功率为为0.25P,0.25P,故故C C正确。正确。2UR【加固训练加固训练】1.(1.(多选多选) )在高速公路隧道内两侧的电灯泡不易更换在高速公路隧道内两侧的电灯泡不易更换, ,为了延长电灯泡的使用寿为了延长电灯泡的使用寿命命, ,一个接口处通常安装两个完全相同的灯泡一个接口处通常安装两个完全相同的灯泡, ,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( () )A.A.两个灯泡串联两个灯泡串联B.B.两个灯泡并联两个灯泡并联C.C.每个灯泡实际消耗的功率是其额定功率的四分之一每个灯泡实际消耗的功率是其额定功率的四分之一D.D.每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的

15、四分之一每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一【解析解析】选选A A、D D。两个灯泡串联。两个灯泡串联, ,每个灯泡承担的电压为每个灯泡承担的电压为 V=110 V,V=110 V,低于额低于额定电压定电压, ,灯泡不易损坏灯泡不易损坏, ,故故A A项正确项正确; ;两个灯泡并联两个灯泡并联, ,每个灯泡承受的电压为每个灯泡承受的电压为U=U=220 V,220 V,仍等于灯泡的额定电压仍等于灯泡的额定电压, ,灯泡正常工作灯泡正常工作, ,不能延长电灯泡的使用寿命不能延长电灯泡的使用寿命, ,故故B B项错误项错误; ;由由P= ,UP= ,U变为原来的变为原来的 , ,由于灯丝

16、较正常发光时温度偏低由于灯丝较正常发光时温度偏低, ,故灯丝电故灯丝电阻较正常发光时小阻较正常发光时小, ,所以每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一所以每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一, ,故故C C项错误项错误,D,D项正确。项正确。22022UR122.2.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路, ,调节变阻器使灯泡均正常调节变阻器使灯泡均正常发光发光, ,甲、乙两电路所消耗的功率分别用甲、乙两电路所消耗的功率分别用P P甲甲和和P P乙乙表示表示, ,则下列结论中正确的是则下列结论中正确的是 ( () ) A.PA.P

17、甲甲=3P=3P乙乙 B.PB.P甲甲3P3P乙乙C.PC.P乙乙=3P=3P甲甲D.PD.P乙乙3P3P甲甲【解析解析】选选A A。设灯泡正常发光时的电流为。设灯泡正常发光时的电流为I,I,对于甲图对于甲图, ,电路的总的电流为电路的总的电流为3I,3I,此时甲的总功率的大小为此时甲的总功率的大小为P P甲甲=U3I,=U3I,对于乙图对于乙图, ,电路的总电流大小为电路的总电流大小为I,I,此时乙的此时乙的总功率的大小为总功率的大小为P P乙乙=UI,=UI,所以所以P P甲甲=3P=3P乙乙。知识点二知识点二焦耳定律与热功率焦耳定律与热功率1.1.对电功和电热的理解对电功和电热的理解:

18、:电功是电能转化为其他形式能的量度电功是电能转化为其他形式能的量度, ,任何电路都可用任何电路都可用公式公式W=UItW=UIt计算电功计算电功, ,用公式用公式P P电电=UI=UI计算电功率计算电功率; ;电热是电能转化为内能的量度电热是电能转化为内能的量度, ,任何电路都可用焦耳定律任何电路都可用焦耳定律Q=IQ=I2 2RtRt计算电热计算电热, ,用公式用公式P P热热=I=I2 2R R计算热功率。计算热功率。(1)(1)在纯电阻电路中在纯电阻电路中, ,电功和电热相等电功和电热相等,W=Q=UIt=,W=Q=UIt= t=It=I2 2Rt;Rt;电功率和热功率相电功率和热功率相

19、等等,P,P电电=P=P热热=UI=I=UI=I2 2R=R= 。(2)(2)在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中, ,电功大于电热电功大于电热,W=Q+W,W=Q+W其他其他, ,电功只能用电功只能用W=UItW=UIt计算计算, ,电功率电功率只能用只能用P=UIP=UI计算计算; ;电热只能用电热只能用Q=IQ=I2 2RtRt计算计算, ,热功率只能用热功率只能用P P热热=I=I2 2R R计算。计算。2UR2UR2.2.电功与电热的微观解释电功与电热的微观解释: :(1)(1)电功的微观解释。电功是指在某段电路上电流所做的功电功的微观解释。电功是指在某段电路上电流所做的功, ,即电场力

20、对自由电即电场力对自由电荷所做的功。当在导体两端加上电压后荷所做的功。当在导体两端加上电压后, ,导体内部产生电场导体内部产生电场, ,在电场力作用下在电场力作用下, ,自由电荷定向移动形成电流自由电荷定向移动形成电流, ,电场力对自由电荷做功电场力对自由电荷做功, ,电荷的电势能减少电荷的电势能减少, ,转化转化为其他形式的能。为其他形式的能。(2)(2)电热的微观解释。在自由电荷定向移动时电热的微观解释。在自由电荷定向移动时, ,由于导体中金属离子的存在由于导体中金属离子的存在, ,自自由电荷不断地与金属离子发生碰撞由电荷不断地与金属离子发生碰撞, ,使得金属离子的运动加剧使得金属离子的运

21、动加剧, ,从而使导体温度从而使导体温度升高升高, ,即产生了电热即产生了电热, ,这一过程中电能转化为内能这一过程中电能转化为内能, ,电热的多少描述了电能转化电热的多少描述了电能转化为内能的多少。在纯电阻电路中电流做功全部转化为内能为内能的多少。在纯电阻电路中电流做功全部转化为内能, ,在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中电流做功将电能一部分转化为内能电流做功将电能一部分转化为内能, ,一部分转化为其他形式的能。一部分转化为其他形式的能。【问题探究问题探究】情境情境: :热水器是生活中常用的电器。以下是热水器的解剖图。热水器是生活中常用的电器。以下是热水器的解剖图。讨论讨论:(1):(1)在热

22、水器正常工作时在热水器正常工作时, ,通过导热管对热水器内的水进行加热通过导热管对热水器内的水进行加热, ,其消耗的其消耗的内能与产生的热量有什么关系内能与产生的热量有什么关系? ?提示提示: :相等。相等。(2)(2)热水器的热功率如何表示热水器的热功率如何表示? ?提示提示: :P=IP=I2 2r r【典例示范典例示范】【典例典例】( (多选多选) )下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( () )A.A.电功率越大电功率越大, ,电流做功越快电流做功越快, ,电路中产生的焦耳热一定越多电路中产生的焦耳热一定越多B.W=UItB.W

23、=UIt适用于任何电路适用于任何电路, ,而而W=IW=I2 2Rt=Rt= t t只适用于纯电阻电路只适用于纯电阻电路C.C.在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中,UII,UII2 2R RD.D.焦耳热焦耳热Q=IQ=I2 2RtRt适用于任何电路适用于任何电路2UR【解析解析】选选B B、C C、D D。电功率公式。电功率公式P= ,P= ,表示电功率越大表示电功率越大, ,电流做功越快。对于电流做功越快。对于一段电路一段电路, ,有有P=IU,I= ,P=IU,I= ,焦耳热焦耳热Q=( )Q=( )2 2Rt,Rt,可见可见Q Q与与P P、U U、t t、R R都有关都有关, ,所以所

24、以P P越大越大,Q,Q不一定越大不一定越大,A,A错误。错误。W=UItW=UIt是电功的定义式是电功的定义式, ,适用于任何电路适用于任何电路, ,而而I= I= 只只适用于纯电阻电路适用于纯电阻电路,B,B正确。在非纯电阻电路中正确。在非纯电阻电路中, ,电流做的功电流做的功= =焦耳热焦耳热+ +其他形式其他形式的能的能, ,所以所以WQ,WQ,即即UIIUII2 2R,CR,C正确正确;Q=I;Q=I2 2RtRt是焦耳热的定义式是焦耳热的定义式, ,适用于任何电路适用于任何电路, ,D D正确。正确。URWtPUPU【素养训练素养训练】1.1.热敏电阻的阻值随着温度的升高而变小。将

25、电源、开关、热敏电阻、灯泡、热敏电阻的阻值随着温度的升高而变小。将电源、开关、热敏电阻、灯泡、滑动变阻器串联滑动变阻器串联, ,闭合开关后闭合开关后, ,调节滑动变阻器调节滑动变阻器, ,灯泡正常发光。则灯泡正常发光。则( () )A.A.环境温度升高环境温度升高, ,灯泡会变暗灯泡会变暗B.B.环境温度升高环境温度升高, ,要想使灯泡正常发光要想使灯泡正常发光, ,应该向右移动滑动变阻器的滑片应该向右移动滑动变阻器的滑片C.C.温度降低温度降低, ,并向左移动滑动变阻器的滑片并向左移动滑动变阻器的滑片, ,灯泡一定变暗灯泡一定变暗D.D.温度降低温度降低, ,滑动变阻器的滑片不动滑动变阻器的

26、滑片不动, ,灯泡有可能烧坏灯泡有可能烧坏【解析解析】选选C C。环境温度升高。环境温度升高, ,热敏电阻的阻值减小热敏电阻的阻值减小, ,则电路中总电阻减小则电路中总电阻减小, ,总电总电流增大流增大, ,故灯泡会变亮故灯泡会变亮, ,故故A A错误错误; ;环境温度升高环境温度升高, ,热敏电阻的阻值减小热敏电阻的阻值减小, ,要想使灯要想使灯泡正常发光泡正常发光, ,应该向左移动滑动变阻器的滑片应该向左移动滑动变阻器的滑片, ,故故B B错误错误; ;温度降低温度降低, ,则热敏电阻则热敏电阻的阻值增大的阻值增大, ,同时向左移动滑动变阻器的滑片同时向左移动滑动变阻器的滑片, ,即接入电

27、路的滑动变阻器的阻值即接入电路的滑动变阻器的阻值也变大也变大, ,根据欧姆定律可知根据欧姆定律可知, ,电路中电流减小电路中电流减小, ,则灯泡一定变暗则灯泡一定变暗, ,故故C C正确正确; ;温度降温度降低低, ,则热敏电阻的阻值增大则热敏电阻的阻值增大, ,而滑动变阻器的滑片不动而滑动变阻器的滑片不动, ,导致电路中的总电阻增导致电路中的总电阻增大大, ,根据欧姆定律可知根据欧姆定律可知, ,电路中电流减小电路中电流减小, ,则灯泡一定变暗则灯泡一定变暗, ,灯泡不可能烧坏灯泡不可能烧坏, ,故故D D错误。错误。2.(2.(多选多选) )锂电池能量密度高、绿色环保。现用充电宝为一手机锂

28、电池锂电池能量密度高、绿色环保。现用充电宝为一手机锂电池( (图甲图甲) )充充电电, ,等效电路如图乙所示等效电路如图乙所示, ,充电宝的输出电压为充电宝的输出电压为U,U,输出电流为输出电流为I,I,该锂电池的内阻该锂电池的内阻为为r,r,则则 ( () )A.A.充电宝输出的电功率为充电宝输出的电功率为UI-IUI-I2 2r rB.B.电能转化为化学能的功率为电能转化为化学能的功率为UI-IUI-I2 2r rC.C.锂电池产生的热功率为锂电池产生的热功率为I I2 2r rD.D.锂电池产生的热功率为锂电池产生的热功率为 100%100%IrU【解析解析】选选B B、C C。充电宝输

29、出的电功率为。充电宝输出的电功率为P P输出输出=UI,=UI,故故A A错误错误; ;电能转化为化学能电能转化为化学能和热能和热能, ,根据能量守恒定律根据能量守恒定律, ,有有UI=IUI=I2 2r+P,r+P,所以所以P=UI-IP=UI-I2 2r,r,故故B B正确正确; ;锂电池产生的锂电池产生的热功率为热功率为P P损损=I=I2 2r,r,故故C C正确正确,D,D错误。错误。【加固训练加固训练】1.1.家用电器家用电器(HEA)(HEA)主要指在家庭及类似场所中使用的各种电器和电子器具。又主要指在家庭及类似场所中使用的各种电器和电子器具。又称民用电器、日用电器。家用电器使人

30、们从繁重、琐碎、费时的家务劳动中解称民用电器、日用电器。家用电器使人们从繁重、琐碎、费时的家务劳动中解放出来放出来, ,为人类创造了更为舒适优美、更有利于身心健康的生活和工作环境为人类创造了更为舒适优美、更有利于身心健康的生活和工作环境, ,提提供了丰富多彩的文化娱乐条件供了丰富多彩的文化娱乐条件, ,已成为现代家庭生活的必需品。下列电器中主已成为现代家庭生活的必需品。下列电器中主要是利用电流的热效应工作的是要是利用电流的热效应工作的是( () )A.A.电饭煲电饭煲 B.B.吸尘器吸尘器C.C.电视机电视机D.D.电冰箱电冰箱【解析解析】选选A A。电饭煲是利用电流的热效应。电饭煲是利用电流

31、的热效应, ,即利用电流通过导体产生热量来即利用电流通过导体产生热量来加热食物的加热食物的, ,故故A A项正确项正确; ;吸尘器吸尘器, ,电视机和电冰箱的工作原理不是电流的热效电视机和电冰箱的工作原理不是电流的热效应应, ,其中都由电动机将电能转化为机械能其中都由电动机将电能转化为机械能, ,故故B B、C C、D D项错误。项错误。2.2.家用电热水壶正常工作时的电阻为家用电热水壶正常工作时的电阻为44 ,60 s44 ,60 s通过电热丝的电荷量是通过电热丝的电荷量是300C300C。求求:(1):(1)电热水壶正常工作的电流是多少电热水壶正常工作的电流是多少? ?(2)(2)正常工作

32、通电正常工作通电10 s10 s电热水壶产生的热量电热水壶产生的热量? ?【解析解析】(1)(1)由电流的定义式可得由电流的定义式可得: :I= A=5 AI= A=5 A(2)(2)正常工作通电正常工作通电10 s10 s电热水壶产生的热量电热水壶产生的热量: :Q=IQ=I2 2Rt=5Rt=52 2444410 J=1.110 J=1.110104 4 J J答案答案: :(1)5 A(1)5 A(2)1.1(2)1.110104 4 J Jq300t60知识点三知识点三纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率问题纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率问题 提醒提醒: :纯电阻用电器代表为

33、电炉丝、电炒锅、电烙铁、白炽灯纯电阻用电器代表为电炉丝、电炒锅、电烙铁、白炽灯, ,非纯电阻用电非纯电阻用电器代表为电动机、日光灯、音箱、电解槽、正在充电的电池。器代表为电动机、日光灯、音箱、电解槽、正在充电的电池。【问题探究问题探究】在如图所示的电路中在如图所示的电路中, ,接通电源后接通电源后, ,电动机能够正常工作。电动机能够正常工作。(1)(1)电动机正常工作时电动机正常工作时, ,为什么消耗的电能总是比输出的机械能多为什么消耗的电能总是比输出的机械能多? ?提示提示: :在电动机正常工作时在电动机正常工作时, ,电流通过线圈时会产生热量。电流通过线圈时会产生热量。(2)(2)电动机输

34、出的机械功率如何表示电动机输出的机械功率如何表示? ?提示提示: :P=UI-IP=UI-I2 2r r。【典例示范典例示范】【典例典例】规格为规格为“220 V220 V36 W”36 W”的排气扇的排气扇, ,线圈电阻为线圈电阻为40 ,40 ,求求: :(1)(1)接上接上220 V220 V的电压后的电压后, ,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率排气扇转化为机械能的功率和发热的功率; ;(2)(2)如果接上如果接上220 V220 V的电压后的电压后, ,扇叶被卡住扇叶被卡住, ,不能转动不能转动, ,电动机消耗的功率和发热电动机消耗的功率和发热的功率。的功率。【解析解析】(1)(1

35、)排气扇在排气扇在220 V220 V的电压下正常工作时的电流为的电压下正常工作时的电流为: :I= A0.16 A,I= A0.16 A,发热功率为发热功率为:P:P热热=I=I2 2R=(0.16)R=(0.16)2 240 W1 W40 W1 W。转化为机械能的功率为转化为机械能的功率为: :P P机机=P=P电电-P-P热热=36 W-1 W=35 W=36 W-1 W=35 W。P36U220电(2)(2)扇叶被卡住不能转动后扇叶被卡住不能转动后, ,电动机成为纯电阻元件电动机成为纯电阻元件, ,电流做的功全部转化为热电流做的功全部转化为热能能, ,此时此时220 V220 V电压全

36、加在电压全加在40 40 电阻上电阻上, ,电动机中电流电动机中电流:I= A=5.5 A,:I= A=5.5 A,电动机消耗的功率即发热功率电动机消耗的功率即发热功率:P:P电电=P=P热热=UI=220=UI=2205.5 W=1 210 W5.5 W=1 210 W。答案答案: :(1)35 W(1)35 W1 W1 W(2)1 210 W(2)1 210 W1 210 W1 210 WU220R40【规律方法规律方法】 求解电动机问题求解电动机问题(1)(1)无论是纯电阻还是非纯电阻无论是纯电阻还是非纯电阻, ,电功均为电功均为W=UIt,W=UIt,电功率均为电功率均为P P电电=U

37、I,=UI,电热均为电热均为Q=IQ=I2 2Rt,Rt,热功率均为热功率均为P P热热=I=I2 2R R。(2)(2)处理非纯电阻的计算问题时处理非纯电阻的计算问题时, ,要善于从能量转化的角度出发要善于从能量转化的角度出发, ,紧紧围绕能量紧紧围绕能量守恒守恒, ,利用利用“电功电功= =电热电热+ +其他能量其他能量”寻找等量关系求解。寻找等量关系求解。(3)(3)非纯电阻在一定条件下可当作纯电阻处理。如电动机卡住不转或电压不足非纯电阻在一定条件下可当作纯电阻处理。如电动机卡住不转或电压不足不转时不转时, ,即为纯电阻。即为纯电阻。【素养训练素养训练】1.(1.(多选多选) )在某段电

38、路中在某段电路中, ,其两端电压为其两端电压为U,U,通过的电流为通过的电流为I,I,通电时间为通电时间为t,t,若该电若该电路电阻为路电阻为R,R,则关于电功和电热的关系则关于电功和电热的关系, ,下列结论正确的是下列结论正确的是( () )A.A.在任何电路中在任何电路中, ,电功电功UIt=IUIt=I2 2RtRtB.B.在任何电路中在任何电路中, ,电功为电功为UIt,UIt,电热为电热为I I2 2RtRtC.C.在纯电阻电路中在纯电阻电路中,UIt=I,UIt=I2 2RtRtD.D.在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中,UII,UII2 2RtRt【解析解析】选选B B、C C。在

39、纯电阻电路中。在纯电阻电路中, ,电能全部转化为内能电能全部转化为内能, ,电功等于电热电功等于电热,W=,W=UIt=IUIt=I2 2Rt,Rt,在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中, ,电能一部分转化为内能电能一部分转化为内能, ,另一部分转化为其他形式另一部分转化为其他形式的能的能, ,电功大于电热电功大于电热, ,即即UItIUItI2 2Rt,Rt,故故A A、D D错误错误,C,C正确正确; ;在任何电路中在任何电路中, ,电功电功W=UIt,W=UIt,电热电热Q=IQ=I2 2Rt,Rt,故故B B正确。正确。2.(2.(多选多选)(2020)(2020江苏高考江苏高考) )某汽

40、车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时图所示。当汽车启动时, ,开关开关S S闭合闭合, ,电机工作电机工作, ,车灯突然变暗车灯突然变暗, ,此时此时( () )A.A.通过车灯的电流变小通过车灯的电流变小B.B.路端电压变小路端电压变小C.C.电路的总电流变小电路的总电流变小D.D.电源的总功率变大电源的总功率变大【解析解析】选选A A、B B、D D。开关闭合时。开关闭合时, ,车灯变暗车灯变暗, ,故流过车灯的电流故流过车灯的电流I I灯灯变小变小,A,A正确正确; ;电路的路端电压为电路的路端电压为U U路路=U=U灯

41、灯=I=I灯灯R R灯灯,I,I灯灯变小变小, ,路端电压变小路端电压变小,B,B正确正确; ;总电流即干路电总电流即干路电流为流为I I干干= U= U路路减小减小, ,干路电流增大干路电流增大,C,C错误错误; ;电源总功率为电源总功率为P P总总=EI=EI干干,I,I干干增大增大, ,总功率变大总功率变大,D,D正确。正确。EUUrr路内，【加固训练加固训练】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V220 V的交流电源上的交流电源上( (其内电其内电阻可忽略不计阻可忽略不计),),均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是均正常工作

42、。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,5.0 A,通通过洗衣机电动机的电流是过洗衣机电动机的电流是0.50 A,0.50 A,则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是( () )A.A.电饭煲的电阻为电饭煲的电阻为44 ,44 ,洗衣机电动机线圈的电阻为洗衣机电动机线圈的电阻为440 440 B.B.电饭煲消耗的电功率为电饭煲消耗的电功率为1 555 W,1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W155.5 WC.1 minC.1 min内电饭煲消耗的电能为内电饭煲消耗的电能为6.66.610104 4 J, J,洗衣机电动机消耗的电能为洗衣机

43、电动机消耗的电能为6.66.610103 3 J JD.D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的1010倍倍【解析解析】选选C C。由于电饭煲是纯电阻元件。由于电饭煲是纯电阻元件, ,所以所以R R1 1= =44 ,P= =44 ,P1 1=UI=UI1 1=1 100 W,=1 100 W,其在其在1 min1 min内消耗的电能内消耗的电能W W1 1=UI=UI1 1t=6.6t=6.610104 4 J, J,洗衣机为非纯电阻元件洗衣机为非纯电阻元件, ,所以所以R R2 2 ,P ,P2 2=UI=UI2 2=110 W,=110 W,其在其

44、在1 min1 min内消耗的电能内消耗的电能W W2 2=UI=UI2 2t=6.6t=6.610103 3 J, J,其发热功其发热功率率P P热热P P2 2, ,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的1010倍。选倍。选C C。1UI2UI【拓展例题拓展例题】考查内容考查内容: :电功和电热在生产、生活中的应用电功和电热在生产、生活中的应用【典例典例】中国是全球最大的家用电器生产和消费国。家用电器拥有量的迅速增中国是全球最大的家用电器生产和消费国。家用电器拥有量的迅速增长带来了巨大的能源消耗长带来了巨大的能源消耗, ,同时也加重了对环境

45、的污染。因此同时也加重了对环境的污染。因此, ,我国通过制定和我国通过制定和实施能效标准、推广能效标识制度来提高用能产品的能源效率实施能效标准、推广能效标识制度来提高用能产品的能源效率, ,促进节能减排促进节能减排, ,减少对环境的污染。减少对环境的污染。如图是某型号空调的能效标识。其中如图是某型号空调的能效标识。其中, ,能效等级是依据能能效等级是依据能效比来划分的效比来划分的, ,目前中国的能效等级根据能效比由高到低目前中国的能效等级根据能效比由高到低依次分为依次分为1 1、2 2、3 3三个等级。能效比是指空调在额定工作三个等级。能效比是指空调在额定工作条件下制冷时条件下制冷时, ,制冷

46、量与输入功率之比。制冷量是指空调制冷量与输入功率之比。制冷量是指空调制冷时制冷时, ,单位时间内从密闭空间内去除的热量总和。若空调在额定工作条件单位时间内从密闭空间内去除的热量总和。若空调在额定工作条件下制冷下制冷, ,根据以上资料可以判断根据以上资料可以判断, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.在制冷量相同的情况下在制冷量相同的情况下, ,能效比大的空调输入功率大能效比大的空调输入功率大B.B.在能效比相等的情况下在能效比相等的情况下, ,制冷量大的空调输入功率小制冷量大的空调输入功率小C.C.在输入功率相同的情况下在输入功率相同的情况下, ,能效比大的空调制冷量大能

47、效比大的空调制冷量大D.D.在输入功率相同的情况下在输入功率相同的情况下, ,制冷量大的空调能效比小制冷量大的空调能效比小【解析解析】选选C C。由能效比是指空调在额定工作条件下制冷时。由能效比是指空调在额定工作条件下制冷时, ,制冷量与输入功制冷量与输入功率之比率之比, ,设能效比为设能效比为k,k,制冷量功率为制冷量功率为P PQ Q, ,空调输入功率设为空调输入功率设为P,P,则则P PQ Q=kP=kP。在制冷。在制冷量相同的情况下量相同的情况下, ,由由P PQ Q=kP=kP可知可知, ,能效比大的空调输入功率小能效比大的空调输入功率小, ,故故A A项错误项错误; ;由由P PQ

48、 Q=kP=kP可知可知, ,在能效比相等的情况下在能效比相等的情况下, ,制冷量大的空调输入功率大制冷量大的空调输入功率大, ,故故B B项错误项错误; ;由由P PQ Q=kP=kP可知可知, ,在输入功率相同的情况下在输入功率相同的情况下, ,能效比大的空调制冷量大能效比大的空调制冷量大, ,故故C C项正确项正确; ;由由P PQ Q=kP=kP可知可知, ,在输入功率相同的情况下在输入功率相同的情况下, ,制冷量大的空调能效比大制冷量大的空调能效比大, ,故故D D项错误。项错误。【生活情境生活情境】用电炉烧水时用电炉烧水时, ,炉盘内的电炉丝被烧得通红。炉盘内的电炉丝被烧得通红。探

49、究探究: :(1)(1)电炉丝在选取时有什么要求电炉丝在选取时有什么要求? ?(2)(2)电炉丝被烧得通红电炉丝被烧得通红, ,产生大量的热产生大量的热, ,而连接电炉的导线却不怎么热而连接电炉的导线却不怎么热, ,这是什么这是什么原因原因? ?情境情境模型模型素养素养【解析解析】(1)(1)要选取电阻大熔点高的材料。要选取电阻大熔点高的材料。(2)(2)通电导线跟电炉丝是串联在一起的通电导线跟电炉丝是串联在一起的, ,通过它们的电流相等通过它们的电流相等, ,而电炉丝的电阻而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻要大得多。由焦耳定律比连接电炉丝的导线电阻要大得多。由焦耳定律Q=IQ=I2 2Rt

50、Rt知知, ,在相等的时间内导线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。产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。答案答案: :见解析见解析【生产情境生产情境】仔细观察下列图片仔细观察下列图片 探究探究: :(1)(1)甲、乙两图中能量转化有什么不同甲、乙两图中能量转化有什么不同? ?(2)(2)已知图乙中的实际电动机可以看成一个理想电动机和线圈电阻已知图乙中的实际电动机可以看成一个理想电动机和线圈电阻R R串联串联, ,电动电动机两端的电压为机两端的电压为U,U,电流为电流为I,I,试导出电热的一般表达式。试导出电热的一般表达式。【解析解析】(1)(1)甲图中是纯电阻甲图中是纯电

51、阻, ,电流做功电流做功, ,把电能全部转化为内能把电能全部转化为内能, ,电热电热Q Q和电功和电功W W相等。乙图中是电动机相等。乙图中是电动机, ,电流做功电流做功, ,把电能的一部分转化为内能把电能的一部分转化为内能, ,还有一部分转还有一部分转化为机械能化为机械能, ,故故WQWQ。(2)(2)已知电功已知电功W=Uq=UIt,W=Uq=UIt,只有线圈电阻上才会产生热量只有线圈电阻上才会产生热量, ,线圈电阻两端的电压线圈电阻两端的电压U UR R小小于于U,U,不能用不能用U U计算计算Q,Q,由欧姆定律由欧姆定律,U,UR R=IR,=IR,所以所以Q=WQ=WR R=U=UR

52、 RIt=IIt=I2 2RtRt。答案答案: :见解析见解析课堂检测课堂检测素养达标素养达标1.1.如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识如图所示是一个电热水壶的铭牌。某同学利用所学知识, ,结合该铭牌上获取结合该铭牌上获取的信息的信息, ,得出该电热水壶得出该电热水壶( () )A.A.只能在只能在220 V220 V电压下工作电压下工作B.B.正常工作正常工作5 min5 min耗电约耗电约0.5 kWh0.5 kWhC.C.正常工作时的电流约为正常工作时的电流约为6.8 A6.8 AD.D.用多用电表测量其电阻值约为用多用电表测量其电阻值约为32 32 【解析解析】选选C C

53、。该水壶可以在。该水壶可以在220 V220 V及以下的电压下工作及以下的电压下工作, ,故故A A错误错误; ;工作工作5 min5 min时时, ,消耗的电能为消耗的电能为W=Pt=1.5 kWW=Pt=1.5 kW h=0.125 kWh, h=0.125 kWh,故故B B错误错误; ;由铭牌信息可知由铭牌信息可知, ,额额定功率为定功率为1 500 W,1 500 W,额定电压为额定电压为220 V;220 V;则由则由P=UIP=UI可得可得:I= A=6.8 A,:I= A=6.8 A,故故C C正确正确; ;金属丝的电阻率随温度的升高而升高金属丝的电阻率随温度的升高而升高, ,

54、多用电表内电源电压低于多用电表内电源电压低于220 V,220 V,所所以用多用电表测量其电阻值小于额定电阻以用多用电表测量其电阻值小于额定电阻, ,额定电阻为额定电阻为:R= :R= =32 =32 , ,所以用多用电表测量其电阻值小于所以用多用电表测量其电阻值小于32 32 , ,故故D D错误。错误。560P1 500U22022U220P1 5002.2.当电阻两端加上某一稳定电压时当电阻两端加上某一稳定电压时, ,通过该电阻的电荷量为通过该电阻的电荷量为0.3 C,0.3 C,消耗的电能消耗的电能为为0.9 J0.9 J。为在相同时间内使。为在相同时间内使0.6 C0.6 C的电荷量

55、通过该电阻的电荷量通过该电阻, ,在其两端需加的电压在其两端需加的电压和消耗的电能分别是和消耗的电能分别是( () )A.3 V,1.8 JA.3 V,1.8 JB.6 V,3.6 JB.6 V,3.6 JC.6 V,1.8 JC.6 V,1.8 JD.3 V,3.6 JD.3 V,3.6 J【解析解析】选选B B。通过电荷量。通过电荷量0.3 C0.3 C时消耗电能时消耗电能0.9 J,0.9 J,所以由所以由q=It=0.3 C,q=It=0.3 C,E=IE=I2 2Rt=0.9 J,Rt=0.9 J,得到得到:U=IR=3 V;:U=IR=3 V;若要在相同时间内通过若要在相同时间内通

56、过0.6 C0.6 C的电荷量的电荷量, ,则电流增则电流增大为原来的两倍大为原来的两倍, ,电阻不变电阻不变, ,根据根据I= ,I= ,电压需提高为原来的两倍电压需提高为原来的两倍, ,即即U U=2U=2U=6 V,=6 V,消耗电能消耗电能E E=I=I2 2Rt=4E=3.6 J,Rt=4E=3.6 J,故故B B项正确。项正确。UR3.(3.(多选多选) )马路上的马路上的“微公交微公交”是用蓄电池对车上的电动机供电是用蓄电池对车上的电动机供电, ,电动机为车提电动机为车提供动力。若车上蓄电池输出电压为供动力。若车上蓄电池输出电压为48 V,48 V,电池容量为电池容量为120 A

57、h,120 Ah,电动机额定电压电动机额定电压为为48 V,48 V,额定功率为额定功率为1.2 kW,1.2 kW,则则( () )A.A.电动机在额定电压下工作时电动机在额定电压下工作时, ,额定电流为额定电流为25 A25 AB.B.蓄电池充满电时能储存蓄电池充满电时能储存5 760 J5 760 J的电能的电能C.C.蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作蓄电池充满电后最多能供电动机正常工作4.8 h4.8 hD.D.电动机在额定电压下工作电动机在额定电压下工作1 h,1 h,流过的电荷量为流过的电荷量为4.324.3210105 5 C C【解析解析】选选A A、C C。由。由P=UI

58、P=UI知知, ,电动机在额定电压下的额定电流为电动机在额定电压下的额定电流为I= =25 A,I= =25 A,选选项项A A正确正确; ;蓄电池储存的电能最多为蓄电池储存的电能最多为E=UQE=UQ2.072.0710107 7 J, J,选项选项B B错误错误; ;最长工作时最长工作时间间T= =17 250 sT= =17 250 s4.8 h,4.8 h,选项选项C C正确正确; ;电动机在额定电压下工作电动机在额定电压下工作1 h,1 h,流过的电流过的电荷量为荷量为q=It=25q=It=253 600 C=93 600 C=910104 4 C, C,选项选项D D错误。错误。

59、PUEP4.4.如图所示是家用电饭煲的电路图。将电饭煲接到稳压电源上如图所示是家用电饭煲的电路图。将电饭煲接到稳压电源上, ,当开关接通当开关接通“加热加热”挡时挡时, ,电热丝以额定功率给食物加热电热丝以额定功率给食物加热, ,当食物蒸熟后当食物蒸熟后, ,开关接通开关接通“保温保温”挡挡, ,给食物保温给食物保温, ,这时电热丝的功率为其额定功率的这时电热丝的功率为其额定功率的 , ,电流为电流为1.40 A,1.40 A,已知分已知分压电阻的阻值压电阻的阻值R=100 R=100 。求。求: :(1)(1)保温时保温时, ,电阻电阻R R两端的电压。两端的电压。(2)(2)稳压电源输出的

60、电压。稳压电源输出的电压。(3)(3)电热丝的额定功率。电热丝的额定功率。19【解析解析】(1)(1)电阻电阻R R两端的电压为两端的电压为U UR R=IR=1.40=IR=1.40100 V=140 V100 V=140 V(2)(2)设电热丝的电阻为设电热丝的电阻为r,r,电源输出电压为电源输出电压为U,U,则则 r= r= 解得解得:r=50 ,:r=50 ,所以电源电压为所以电源电压为U=I(R+r)=1.40U=I(R+r)=1.40(100+50) V=210 V(100+50) V=210 V。2URr192Ur(3)(3)电热丝的额定功率为电热丝的额定功率为P= W=882