焦耳定律电路中的能量转化

1、16 6 焦耳定律焦耳定律 电路中的能量转化电路中的能量转化21.1.理解电功和电功率、焦耳定律的概念及公式，理解电功和电功率、焦耳定律的概念及公式，能进行相关运算能进行相关运算. .2.2.能结合实际问题区分电功和电热，进一步体会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能量守恒的意义和普适性. . （重点）（重点）3.3.理解电源的功率和效率理解电源的功率和效率. . （重点）（重点）31 1导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，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？电场力对定向移动的电荷做功吗？做功，而且做正功做功，而且做正功2

2、2电场力做功将引起能量的转化，电能转化为其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他形式的能，举出一些大家熟悉的例子. .电能电能内能和机械能，内能和机械能， 如电动机如电动机. .电能电能内能，内能， 如电热器如电热器. .电能电能内能和化学能，内能和化学能， 如电解槽如电解槽. .43.3.单位单位：焦焦(J)(J)1 1度度=1kWh=1kWh3.63.610106 6J J一、电功一、电功W=IUt2.2.公式公式: :1.1.定义：电场力定义：电场力( (或电流或电流) )所做的功所做的功. .（普适）（普适）则电场力做功则电场力做功W=qU即：即：

3、W=UIt. . 如图一段电路两端的电压为如图一段电路两端的电压为U U，通过的电流为通过的电流为I I，在时间，在时间t t内通过这内通过这段电路任一横截面的电荷量段电路任一横截面的电荷量q=It. .51.1.定义：电流所做的功与做这些功所需时间的比定义：电流所做的功与做这些功所需时间的比值叫做电功率值叫做电功率. .二、电功率（描述电流做功快慢）二、电功率（描述电流做功快慢）P=W/t=IU P=W/t=IU 3.3.单位：瓦特，简称瓦单位：瓦特，简称瓦. .符号：符号：W.W.千瓦：千瓦：kWkW 1kW=1000W 1kW=1000W2.2.公式：公式：6 在真空中，电场力对电荷做正

4、功时，减少的电在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；势能转化为电荷的动能；在金属导体中在金属导体中，在电场力，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，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，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，从而从而将将电能电能全部全部转化为内能转化为内能。三、焦耳定律、热功率三、焦耳定律、热功率Q=IQ=I2 2RtRt1、焦耳定律：、焦耳定律：2、热功率：、热功率： P P热热=Q/t=I=Q/t=I2 2R R（普适）（普适）7R1.1.纯电阻电路纯电阻电路电能电能 内能内能电功

5、电功= =电热电热 W=IUt =Q= IW=IUt =Q= I2 2RtRt电功率电功率= =热功率热功率 P=IU =PP=IU =P热热=I=I2 2R R四、区别电功四、区别电功W和电热和电热Q,电功率电功率P和热功率和热功率P热热U=IR（适于纯电阻）（适于纯电阻）82.2.非纯电阻电路非纯电阻电路M电能电能 内能内能+ +其他形式的能其他形式的能W WQ=IQ=I2 2RtRtW W其他其他UIR电功电功= =电热电热+ +其他能其他能 W=IUt= Q+WW=IUt= Q+W其他其他=I=I2 2Rt+WRt+W其他其他电功率电功率= =热功率热功率+ +其他功率其他功率 P=I

6、U=PP=IU=P热热+P+P其他其他=I=I2 2R+ PR+ P其他其他9例例1 1加在某台电动机上的电压是加在某台电动机上的电压是U U，电动机消耗的电，电动机消耗的电功率为功率为P P，电动机线圈的电阻为，电动机线圈的电阻为r r，则电动机线圈上消，则电动机线圈上消耗的热功率为（耗的热功率为（ ），），电动机输出的机械功率为（ ）C C分析：分析：在非纯电阻电路中计算电功率只能用在非纯电阻电路中计算电功率只能用P=UIP=UI，热，热功率只能用功率只能用P P热热=I=I2 2R R所以正确的是所以正确的是 C,C,又因为又因为P P出出=P- P=P- P热热所以选所以选D D。.2

7、2222UP rP rA P B. C. D.PrUU-D D10 对闭合电路，根据闭合电路欧姆定律知，对闭合电路，根据闭合电路欧姆定律知，E=U+IrE=U+Ir , ,等式两边同乘以等式两边同乘以I,I,得得IE=IU+IIE=IU+I2 2r r 电源把其他形式的能转变为电能的总功率电源把其他形式的能转变为电能的总功率IEIE等于等于电源输出功率电源输出功率IUIU与电源内电路的热功率与电源内电路的热功率I I2 2r r之和之和. .E rRK四、闭合电路中的能量转化四、闭合电路中的能量转化 可见，闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律可见，闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路

8、中的具体的体现在闭合电路中的具体的体现. .拓展：电源的功率和效率拓展：电源的功率和效率E rRKI1.1.电源的有关功率电源的有关功率(1)电源的总功率：(2)电源内阻消耗的功率：P内=I2 rP总 (适于外电路为纯电阻电路)P总=I E（普适）(3)电源的输出功率：P出=I U外（普适）P出 (适于外电路为纯电阻电路)2222()UEI RRRRr=+外2.2.三个功率的关系：三个功率的关系： P总= P内+P出E rRKI3.3.电源的输出功率随外电阻的变化规律电源的输出功率随外电阻的变化规律当外电路为纯电阻电路时讨论：当R=r时，电源有最大的输出功率：(2) P出随外电阻R的变化关系：

9、(1)电源的输出功率：P出222()EI RRRr=+22()4E RRrRr=-+22()4ERrrR=-+P出 max24Er=Rr时，R增大，P出减小4.4.电源的效率电源的效率总1()()1PUIRRrPEI RrRrRh=+出外可见，随外电阻可见，随外电阻R R越大越大，电源的，电源的效率越高效率越高。注意：当注意：当R=rR=r时，输出功率最大，效率却只有时，输出功率最大，效率却只有50%50%。思考：电源思考：电源P P出出越大，电源的效率一定越高吗？越大，电源的效率一定越高吗？错错例例4 4、如图，、如图，E E =6V=6V，r r=4=4，R R1 1=2=2，R R2 2

10、的变化范围是的变化范围是0 01010。求：。求： 电源的最大输出功率；电源的最大输出功率； R R1 1上消耗的最大功率；上消耗的最大功率； R R2 2上消耗的最大功率。上消耗的最大功率。 E rR2R1答案：答案： 2.25W2.25W； 2W2W； 1.5W1.5W。Uo IEU1 b I1 交点坐标交点坐标表示该电阻接表示该电阻接入电路时电路的入电路时电路的总电流总电流和和路端电压（外电压）路端电压（外电压）； a a为电源的为电源的U-IU-I图象图象拓展：用拓展：用U-IU-I图像表示功率图像表示功率a M（I1,U1）b b为外电阻为外电阻R R的的U-IU-I图象图象矩形的矩

11、形的面积面积表示表示功率功率. . U内内U外外R消耗的功率，即电源的输出功率消耗的功率，即电源的输出功率电源的内功率电源的内功率I0 例例5 5、如图所示，线段、如图所示，线段A A为某电源为某电源U-IU-I图线，线段图线，线段B B为为某电阻某电阻R R的的U-IU-I图线，上述电源和电阻组成闭合电路时，图线，上述电源和电阻组成闭合电路时，求求(1)(1)电源的输出功率电源的输出功率P P出出出多大出多大?(2)?(2)电源内部损耗的电源内部损耗的电功率电功率P P内内是多少是多少?(3)?(3)电源的效率多大电源的效率多大? ?答案：答案：4W 4W ；2W 2W ；66.7%66.7

12、%17一、电功一、电功W W 定义：定义：电场力电场力( (或电流或电流) )所做的功所做的功 公式：公式：W=IUt W=IUt 单位：单位：J 1kWh=3.6J 1kWh=3.610106 6J J二、电功率二、电功率P P定义：定义：单位时间内电流所做的功单位时间内电流所做的功公式：公式：P=W/t=IUP=W/t=IU 单位：单位：W kWW kW 18三、电热三、电热Q Q定义定义: : 电流通过导体时产生的热量电流通过导体时产生的热量 公式：公式：Q=IQ=I2 2Rt Rt 单位：单位：J J 焦耳定律：焦耳定律：电流通过电流通过电阻电阻产生的热量产生的热量跟跟电流电流I I的

13、二次方的二次方成正比成正比. .跟跟导体的电阻导体的电阻R R和和通电时间通电时间t t成正比成正比四、热功率四、热功率P P热热定义：定义：单位时间内的发热量单位时间内的发热量公式：公式：P P热热= =I= =I2 2R R 单位：单位：W kWW kWQt19对纯电阻电路对纯电阻电路: 电功电功= =电热电热 电功率电功率= =热功率热功率对非纯电阻电路对非纯电阻电路: 电功电功 电热电热 电功率电功率 热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械能和化学能，还有一部分转化为电阻的内

14、能.201.1.一个电热器电阻为一个电热器电阻为R R，当它两端电压为，当它两端电压为U U时，经过时，经过时间时间t t消耗的电能为消耗的电能为W W，若使它消耗的电能为，若使它消耗的电能为4W4W，下，下列方法正确的是（列方法正确的是（ ）A. A. 电阻电阻R R不变，电压不变，电压U U不变，通电时间不变，通电时间t t变为原来的变为原来的2 2倍倍B. B. 电阻电阻R R减半，电压减半，电压U U增大增大1 1倍，通电时间倍，通电时间t t不变不变C. C. 电阻电阻R R不变，电压不变，电压U U增大增大1 1倍，通电时间倍，通电时间t t不变不变D. D. 电阻电阻R R减半，

15、电压减半，电压U U不变，通电时间不变，通电时间t t不变不变C C212.2.小红家的电表允许通过的最大电流是小红家的电表允许通过的最大电流是10A10A，她家有，她家有4 4个标有个标有“220V 60W”220V 60W”的灯泡，的灯泡，1 1个标有个标有“220V 1000W”220V 1000W”的热水器，的热水器， 1 1台制冷时耗电台制冷时耗电140W140W的电冰箱和一台耗电的电冰箱和一台耗电80W80W的电视机，则下列说法正确的是（的电视机，则下列说法正确的是（ ）A. A. 所有用电器可以同时使用所有用电器可以同时使用B. B. 除热水器外其他用电器可以同时使用除热水器外其

16、他用电器可以同时使用C. C. 关闭电视机后其他用电器可以同时使用关闭电视机后其他用电器可以同时使用D. D. 电冰箱制冷时，其他用电器不能同时使用电冰箱制冷时，其他用电器不能同时使用A A223.3.一只电炉的电阻丝的电阻和一台电动机线圈的电阻一只电炉的电阻丝的电阻和一台电动机线圈的电阻相同，都为相同，都为r.r.设通过它们的电流相同（电动机正常运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（转），则在相同的时间内（ ) )A A电炉和电动机产生的电热相等电炉和电动机产生的电热相等B B电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率C C电炉两端电压小于电动

17、机两端电压电炉两端电压小于电动机两端电压D D电炉和电动机两端电压相等电炉和电动机两端电压相等ABCABC234.4.有一个直流电动机，把它接入有一个直流电动机，把它接入0.2V0.2V电压的电路电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A0.4A，若把它接入若把它接入2V2V电压的电路中，电动机正常工作，电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是工作电流是1A.1A.求：求：（1 1）电动机正常工作时的输出功率）电动机正常工作时的输出功率. .（2 2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率

18、多大？（提示：电动机在电路中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）转子不转动时为纯电阻用电器）24解解: :(1)(1) 电动机加电动机加0.2V0.2V电压时，电动机不转，可看成是纯电压时，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电阻用电器，根据部分电路欧姆定律得I=I=得电动机电阻得电动机电阻 R= = =0.5R= = =0.5接入接入2V2V的电压时，电动机正常工作，电流为的电压时，电动机正常工作，电流为1A 1A 此时电动机输出功率此时电动机输出功率P P出出=P=P电电-P-P热热=IU-I=IU-I2 2R=R=（1 12-2-1 11 10.50.5）W=1.5WW=1.5W所以电动机正常工作时的输出功率所以电动机正常工作时的输出功率P=PP=P出出=1.5W=1.5W(2)(2)转子突然被卡住后，可看成纯电阻电路转子突然被卡住后，可看成纯电阻电路根据部分电路欧姆定律根据部分电路欧姆定律 I= I= 得得通过电动机的电流强度通过电动机的电