第5节 焦耳定律

1、物理物理第第5 5节焦耳定律节焦耳定律物理物理( (教师参考教师参考) )一、教学目标一、教学目标知识与技能知识与技能1.1.理解电功、电功率的概念理解电功、电功率的概念, ,知道公式的物理意义知道公式的物理意义. .了解实际功率和额定功率了解实际功率和额定功率3.3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系4.4.能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题过程与方法过程与方法通过有关实例通过有关实例, ,让学生理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程让学生

2、理解电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程情感态度与价值观情感态度与价值观通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性物理物理二、教学重点难点二、教学重点难点教学重点教学重点区别并掌握电功和电热的计算区别并掌握电功和电热的计算教学难点教学难点学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识, ,接受起来比较困难接受起来比较困难三、重难点突破方略三、重难点突破方略电功概念引入的突破方略电功概念引入的突破方略教师教师: :请同学们思考下列问题请同学们思考下列问题(1)(1)静电力的功的定义式是什么静电力的功的定义式是什么? ?(2)

3、(2)电流的定义式是什么电流的定义式是什么? ?学生学生: :(1)(1)静电力的功的定义式静电力的功的定义式W=qU;W=qU;物理物理【情境展示】【情境展示】 如图所示如图所示, ,一段电路两端的电压为一段电路两端的电压为U,U,由于这段电路两端有电势差由于这段电路两端有电势差, ,电路中电路中就有电场存在就有电场存在, ,电路中的自由电荷在静电力的作用下发生电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动定向移动, ,形成电流形成电流I.I.【问题【问题1 1】 在时间在时间t t内通过这段电路上任一横截面的电荷量内通过这段电路上任一横截面的电荷量q q是多少是多少? ?学生学生: :q=I

4、t.q=It.【问题【问题2 2】 这相当于在时间这相当于在时间t t内将这些电荷内将这些电荷q q由这段电路的一端移到另一由这段电路的一端移到另一端端. .在这个过程中静电力做了多少功在这个过程中静电力做了多少功? ?学生学生: :静电力做的功静电力做的功W=qU=IUtW=qU=IUt【问题【问题3 3】 电流做功实质上什么力做功电流做功实质上什么力做功? ?学生学生: :电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功. .【教师讲授】【教师讲授】 在这段电路中静电力所做的功在这段电路中静电力所做的功W=qU=IUt,W=qU=

5、IUt,也就是通常所说也就是通常所说的电流所做的功的电流所做的功, ,简称电功简称电功. .物理物理自主学习自主学习课堂探究课堂探究达标测评达标测评物理物理自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知( (教师参考教师参考) )情境链接一情境链接一焦耳最初的研究方向是电磁机焦耳最初的研究方向是电磁机, ,他从实验中发现电流可以做功他从实验中发现电流可以做功, ,这激发了这激发了他进行深入研究的兴趣他进行深入研究的兴趣.1840.1840年年, ,焦耳把环形线圈放入装水的试管内焦耳把环形线圈放入装水的试管内, ,测量测量不同电流和电阻时的水温不同电流和电阻时的水温, ,通过这一实验通过这一

6、实验, ,他发现他发现: :导体在一定时间内放出导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流的二次方之积成正比的热量与导体的电阻及电流的二次方之积成正比, ,这就是焦耳定律这就是焦耳定律.1843.1843年年, ,焦耳想到了机械功与热的联系焦耳想到了机械功与热的联系, ,测出了热功当量测出了热功当量. .后人为了纪念焦耳后人为了纪念焦耳, ,把功和能的单位命名为焦耳把功和能的单位命名为焦耳. .电流做功时电流做功时, ,消耗的是电能消耗的是电能, ,究竟电能转化为究竟电能转化为哪种形式的能量呢哪种形式的能量呢? ?物理物理信息信息电路中元件的类型不一样电路中元件的类型不一样, ,电能转化为哪

7、种形式能量的种类也不一样电能转化为哪种形式能量的种类也不一样. .焦焦耳研究电流做功将电能转化内能的情形耳研究电流做功将电能转化内能的情形, ,焦耳定律只适用于电流产生内能焦耳定律只适用于电流产生内能的情况的情况. .情境链接二情境链接二在日常生活中在日常生活中, ,经常会用到家用小电器经常会用到家用小电器, ,例如电吹风、电熨斗等例如电吹风、电熨斗等, ,它们都会它们都会分为几挡分为几挡, ,比如电吹风可以吹暖风和热风比如电吹风可以吹暖风和热风. .使用中会遇到一些问题使用中会遇到一些问题, ,例如电例如电风扇工作时风扇工作时, ,电风扇的扇叶被卡住了电风扇的扇叶被卡住了, ,会造成什么后果

8、会造成什么后果? ?电能是通过电流做电能是通过电流做功转化为其他形式的能功转化为其他形式的能, ,电流做功的实质是什么电流做功的实质是什么? ?信息信息电风扇扇叶被卡住后电风扇扇叶被卡住后, ,电流做功把电能全部转化为内能电流做功把电能全部转化为内能, ,由于电风扇内阻由于电风扇内阻很小很小, ,则电流很大则电流很大, ,会烧坏电机会烧坏电机. .电路中电流做功实质是导体内的电子在电电路中电流做功实质是导体内的电子在电场中通过静电力做功场中通过静电力做功, ,把电势能转化为其他形式的能把电势能转化为其他形式的能. .物理物理教材梳理教材梳理一、电功和电功率一、电功和电功率阅读教材第阅读教材第5

9、353页页“电功和电功率电功和电功率”部分部分, ,了解电功公式的推导过程了解电功公式的推导过程, ,知知道什么是电功、电功率道什么是电功、电功率. .自由电荷自由电荷 电流电流 IUt IUt IU IU 焦耳焦耳 J J 瓦特瓦特 瓦瓦 W W 电能电能 做功做功 物理物理想一想想一想 电功的公式电功的公式W=IUt,W=IUt,电功率的公式电功率的公式P=IUP=IU适用于非纯电阻电路吗适用于非纯电阻电路吗? ?答案答案: :适用适用. .二、焦耳定律和热功率二、焦耳定律和热功率阅读教材第阅读教材第53535454页页“焦耳定律焦耳定律”部分部分, ,知道焦耳定律的内容及公式知道焦耳定律

10、的内容及公式. .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 成正比成正比. .(2)(2)表达式表达式:Q=I:Q=I2 2Rt.Rt.2.2.热功率热功率(1)(1)意义意义: :表示电流发热表示电流发热 的物理量的物理量. .(2)(2)定义定义: :单位时间内的单位时间内的 . .二次方二次方电阻电阻通电时间通电时间快慢快慢发热量发热量物理物理想一想想一想 电风扇工作时消耗的电能可以用电风扇工作时消耗的电能可以用W=IW=I2 2RtRt来计算吗来计算吗? ?电风扇工作电

11、风扇工作时时, ,消耗的电能转化成什么形式的能量消耗的电能转化成什么形式的能量? ?答案答案: :不能用不能用W=IW=I2 2RtRt来计算电风扇工作时消耗的电能来计算电风扇工作时消耗的电能; ;电风扇工作时消耗电风扇工作时消耗的电能转化为内能和机械能的电能转化为内能和机械能. .物理物理自主检测自主检测1.1.关于电功率的下列说法中关于电功率的下列说法中, ,正确的是正确的是( ( ) )A.A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B.B.用电器的实际功率取决于用电器的额定功率用电器的实际功率取决于用电器的额定功率C.C.白炽灯正

12、常工作时白炽灯正常工作时, ,实际功率等于额定功率实际功率等于额定功率D.D.电功率越小电功率越小, ,则电流做功越少则电流做功越少C C解析解析: :用电器的额定功率是它正常工作时的功率用电器的额定功率是它正常工作时的功率, ,其值是由用电器其值是由用电器本身的结构决定的本身的结构决定的, ,与实际电流和电压无关与实际电流和电压无关, ,故选项故选项A A错误错误,C,C正确正确; ;用电器的实际功率用电器的实际功率, ,是由加在它两端的电压和通过的电流决定的是由加在它两端的电压和通过的电流决定的, ,故选项故选项B B错误错误; ;电流做功的多少不仅与功率的大小有关电流做功的多少不仅与功率

13、的大小有关, ,还与时间有还与时间有关关, ,故选项故选项D D错误错误. .物理物理C C 物理物理3.3.关于电功和电热关于电功和电热, ,下面说法正确的是下面说法正确的是( ( ) )A.A.任何电路中的电功任何电路中的电功W=IUt,W=IUt,电热电热Q=IQ=I2 2RtRt且且W=QW=QB.B.任何电路中的电功任何电路中的电功W=IUt,W=IUt,电热电热Q=IQ=I2 2Rt,Rt,但但W W有时不等于有时不等于Q QC.C.电功电功W=IUtW=IUt在任何电路中都适用在任何电路中都适用, ,电热电热Q=IQ=I2 2RtRt只在纯电阻电路中适用只在纯电阻电路中适用D.D

14、.电功电功W=IUt,W=IUt,电热电热Q=IQ=I2 2Rt,Rt,只适用于纯电阻电路只适用于纯电阻电路B B 解析解析: :电功电功W=IUtW=IUt和电热和电热Q=IQ=I2 2RtRt适用于任何电路适用于任何电路, ,在纯电阻电路中在纯电阻电路中,W=Q;,W=Q;在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中WQ,WQ,故选项故选项B B正确正确. .物理物理4.4.一台额定电压为一台额定电压为U U的电动机的电动机, ,它的电阻为它的电阻为R,R,正常工作时通过的电流为正常工作时通过的电流为I,I,则则( ( ) )A.A.电动机电动机t t秒内产生的热量是秒内产生的热量是Q=IUtQ=IU

15、tB.B.电动机电动机t t秒内产生的热量是秒内产生的热量是Q=IQ=I2 2RtRtC.C.电动机的功率为电动机的功率为P=IP=I2 2R RD.D.电动机的功率为电动机的功率为P=UP=U2 2/R/R解析解析: :电动机工作时电动机工作时, ,是非纯电阻电路是非纯电阻电路,t,t时间内输入的总电能为时间内输入的总电能为IUt,IUt,它转化为两部分它转化为两部分: :一是电动机内阻上产生的热能一是电动机内阻上产生的热能Q=IQ=I2 2Rt,Rt,二是电动二是电动机对外输出的机械能机对外输出的机械能E=IUt-IE=IUt-I2 2Rt.Rt.选项选项B B正确正确. .B B 物理物

16、理课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究要点一要点一电功、电功率的计算电功、电功率的计算 【问题导引问题导引】小明在家中发现了一种微型电动机小明在家中发现了一种微型电动机, ,在该电动机的说明书上看到其额定电压在该电动机的说明书上看到其额定电压为为220 V,220 V,电流为电流为2 A,2 A,内部线圈的电阻为内部线圈的电阻为10 ,10 ,学习了本节后学习了本节后, ,小明根据两个小明根据两个电功率公式电功率公式P=IUP=IU和和P=IP=I2 2R R求出的电功率数值为什么不一样呢求出的电功率数值为什么不一样呢? ?答案答案: :由由P=IUP=IU求出的电功率是电流的做

17、功功率求出的电功率是电流的做功功率, ,由由P=IP=I2 2R R求出的电功率是用电求出的电功率是用电器的热功率器的热功率, ,两者一般是不相同的两者一般是不相同的, ,只有在纯电阻用电器中两者才相同只有在纯电阻用电器中两者才相同. .物理物理( (教师备用教师备用) )【要点归纳要点归纳】1.1.电路中保持持续电流的过程电路中保持持续电流的过程, ,就是静电力移动自由电荷不断做功的过程就是静电力移动自由电荷不断做功的过程. .静电力做了多少功静电力做了多少功( (也说电流做了多少功也说电流做了多少功),),就有多少电能转化为其他形式就有多少电能转化为其他形式的能的能, ,如电炉、白炽灯工作

18、就是电能转化为内能如电炉、白炽灯工作就是电能转化为内能, ,电动机工作就是电能转化电动机工作就是电能转化为机械能和内能为机械能和内能. .物理物理物理物理思路探究思路探究(1)L(1)L1 1,L,L4 4两灯电阻和通过的电流有何关系两灯电阻和通过的电流有何关系? ?【例例1 1】有四盏灯有四盏灯, ,接入如图所示的电路中接入如图所示的电路中,L,L1 1和和L L2 2都标有都标有“220 V220 V100 W”100 W”字样字样,L,L3 3和和L L4 4都标有都标有“220 V220 V40 W”40 W”字样字样, ,把电路接通后把电路接通后, ,最暗的灯是哪一最暗的灯是哪一盏盏

19、? ?最亮的灯是哪一盏最亮的灯是哪一盏? ?(2)L(2)L2 2,L,L3 3两灯中通过的电流有何不同两灯中通过的电流有何不同? ?答案答案:L:L2 2和和L L3 3两灯并联两灯并联, ,其电压相等其电压相等, ,但由于但由于L L2 2功率较大功率较大, ,则电阻较小则电阻较小, ,由由I=I=知知L L2 2中电流较大中电流较大. .物理物理(3)(3)如何比较如何比较L L1 1和和L L3 3,L,L2 2和和L L4 4的功率关系的功率关系? ?解析解析: :由它们的额定电压、额定功率判断知由它们的额定电压、额定功率判断知R R1 1=R=R2 2RRR1 1RR2323并并,

20、 ,由串联电路的功率分配可得由串联电路的功率分配可得P P4 4PP1 1(P(P2 2+P+P3 3),),由并联电路的功率分由并联电路的功率分配可得配可得P P2 2PP3 3, ,所以所以L L3 3最暗最暗,L,L4 4最亮最亮. .答案答案: :L L3 3最暗最暗,L,L4 4最亮最亮物理物理物理物理( (教师备用教师备用) )例例1 1- -1:1:额定电压都是额定电压都是110 V110 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, ,若若接在电压是接在电压是220 V220 V的电路上的电路上, ,两盏

21、电灯均能正常发光两盏电灯均能正常发光, ,且电路中消耗功率最且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个小的电路是下图中的哪一个( ( ) )解析解析: :由两灯泡的额定电压和额定功率可知由两灯泡的额定电压和额定功率可知, ,两灯泡的电阻两灯泡的电阻R RA ARQ.WQ.物理物理( (教师备用教师备用) )【要点归纳要点归纳】纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路和非纯电阻电路1.1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路非纯电阻电路电路电路的特点的特点电路中只有电阻元件电路中只有电阻元件, ,消耗消耗的电能全部转化为内能的电能全部转化为内能,

22、 ,即即W=QW=Q电路中除了含有电阻外电路中除了含有电阻外, ,还包还包括电动机、电解槽等把电能的括电动机、电解槽等把电能的一部分转化为其他形式能的用一部分转化为其他形式能的用电器电器. .即即W=Q+EW=Q+E其他其他欧姆定律欧姆定律适用适用不适用不适用2.2.有关电动机的功率有关电动机的功率(1)(1)电动机的特性电动机的特性: :电动机是一种非纯电阻用电器电动机是一种非纯电阻用电器, ,它把电能转化为机械它把电能转化为机械能和内能能和内能. .在电路计算中在电路计算中, ,欧姆定律不再适用欧姆定律不再适用. .物理物理(2)(2)输入功率输入功率: :电动机的总功率电动机的总功率.

23、.由电动机电路的电流和电压决定由电动机电路的电流和电压决定, ,计算公式计算公式P P总总=UI.=UI.(3)(3)输出功率输出功率: :电动机做有用功的功率电动机做有用功的功率. .如图所示如图所示,P,P出出=mg=mgv(v(设重物匀速上升设重物匀速上升).).(4)(4)热功率热功率: :电动机线圈上有电阻电动机线圈上有电阻, ,电流通过线圈时要发热电流通过线圈时要发热, ,热功率热功率P P热热=I=I2 2r.r.(5)(5)功率关系功率关系:P:P总总=P=P出出+P+P热热. . 物理物理【例例2 2】 有一个直流电动机有一个直流电动机, ,把它接入把它接入0.2 V0.2

24、V电压的电路时电压的电路时, ,电动机不转电动机不转, ,测得测得流过电动机的电流是流过电动机的电流是0.4 A;0.4 A;若把电动机接入若把电动机接入2.0 V 2.0 V 电压的电路中电压的电路中, ,电动机正电动机正常工作常工作, ,工作电流是工作电流是1.0 A.1.0 A.则则(1)(1)电动机正常工作时的输出功率为多大电动机正常工作时的输出功率为多大? ?(2)(2)如果在电动机正常工作时如果在电动机正常工作时, ,转子突然被卡住转子突然被卡住, ,电动机的发热功率是多大电动机的发热功率是多大? ?思路探究思路探究(1)(1)电动机不转时电动机不转时( (电压不足电压不足),),

25、电路是纯电阻电路还是电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路非纯电阻电路? ?答案答案: :电能只转化为电热电能只转化为电热, ,是纯电阻电路是纯电阻电路, ,可以求出电动机的内阻可以求出电动机的内阻. .(2)(2)电动机被卡住时电动机被卡住时, ,电动机的电功和电热有何关系电动机的电功和电热有何关系? ?答案答案: :电动机被卡住时电动机被卡住时, ,电动机为纯电阻用电器电动机为纯电阻用电器, ,其电功等于电热其电功等于电热. .物理物理 答案答案: : (1)1.5 W (1)1.5 W(2)8 W(2)8 W物理物理规律方法规律方法 非纯电阻电路的解答思路非纯电阻电路的解答思路(1)(1)像有

26、电动机这样的非纯电阻用电器的电路像有电动机这样的非纯电阻用电器的电路, ,要注意区分电功率和热要注意区分电功率和热功率功率, ,电功率用电功率用P P总总=IU=IU计算计算, ,热功率热功率P P热热=I=I2 2R,R,机械功率机械功率P P机机=P=P总总-P-P热热. .(2)(2)在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中, ,一定要注重电路中电流的求解一定要注重电路中电流的求解, ,特别是在纯电阻特别是在纯电阻上寻找满足欧姆定律的关系上寻找满足欧姆定律的关系. .(3)(3)注意搞清楚电路中的能量转化关系注意搞清楚电路中的能量转化关系, ,用能量守恒定律来分析问题用能量守恒定律来分析问题.

27、.物理物理( (教师备用教师备用) ) 例例2 2- -1:1: 如图所示如图所示, ,有一提升重物用的直流电动机有一提升重物用的直流电动机, ,内阻内阻R RM M=0.6 ,R=10 ,=0.6 ,R=10 ,U=160 V,U=160 V,电压表的读数为电压表的读数为110 V.110 V.则则(1)(1)通过电动机的电流是多少通过电动机的电流是多少? ?(2)(2)输入到电动机的电功率是多少输入到电动机的电功率是多少? ?(3)(3)电动机转化为机械能的功率是多少电动机转化为机械能的功率是多少? ?(2)(2)电动机的输入功率电动机的输入功率P P入入=IU=IUM M=5=5110

28、W=550 W.110 W=550 W.(3)(3)由由IUIUM M=I=I2 2R RM M+P+P机机得得P P机机=IU=IUM M- I- I2 2R RM M=5=5110 W-5110 W-52 20.6 W=535 W.0.6 W=535 W.答案答案: :(1)5 A(1)5 A(2)550 W(2)550 W(3)535 W(3)535 W物理物理例例2-2:2-2:一直流电动机线圈内阻一定一直流电动机线圈内阻一定, ,用手握住转动轴使其不能转动用手握住转动轴使其不能转动, ,在线在线圈两端加电压为圈两端加电压为0.3 V0.3 V时时, ,电流为电流为0.3 A.0.3

29、A.松开转动轴松开转动轴, ,在线圈两端加电压为在线圈两端加电压为2 V2 V时时, ,电流为电流为0.8 A,0.8 A,电动机正常工作电动机正常工作. .则则: :该电动机正常工作时该电动机正常工作时, ,输入的电输入的电功率是多少功率是多少? ?电动机的机械功率是多少电动机的机械功率是多少? ?答案答案: :1.6 W1.6 W0.96 W0.96 W物理物理例例2 2- -3:(3:(多选多选) )理发用的吹风机中有电动机和电热丝理发用的吹风机中有电动机和电热丝, ,电动机带动风叶转动电动机带动风叶转动, ,电热丝给空气加热电热丝给空气加热, ,得到热风得到热风, ,将头发吹干将头发吹

30、干. .设电动机线圈的电阻为设电动机线圈的电阻为R R1 1, ,它它与电热丝的电阻与电热丝的电阻R R2 2相串联相串联, ,接到直流电源上接到直流电源上, ,吹风机两端电压为吹风机两端电压为U,U,电流为电流为I,I,消耗的电功率为消耗的电功率为P,P,则有则有( ( ) )A.PIUA.PI D.PI2 2(R(R1 1+R+R2 2) )解析解析: :吹风机是非纯电阻用电器吹风机是非纯电阻用电器, ,则则UI(RUI(R1 1+R+R2 2),),而而P=IUP=IU任何情况任何情况下都成立下都成立. .而消耗的电功率而消耗的电功率P=IP=I2 2(R(R1 1+R+R2 2)+P)

31、+P机机, ,选项选项C,DC,D正确正确CD CD 物理物理针对训练针对训练2: 2: 一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同, ,都为都为R,R,设通过设通过它们的电流相同它们的电流相同( (电动机正常运转电动机正常运转),),则在相同时间内则在相同时间内( ( ) )A.A.电炉和电动机产生的热量不相同电炉和电动机产生的热量不相同B.B.电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率C.C.电炉两端电压小于电动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解析解析: :由焦耳

32、定律公式由焦耳定律公式Q=IQ=I2 2RtRt可知选项可知选项A A错误错误; ;电动机除热功率外还有电动机除热功率外还有机械功率机械功率, ,所以电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率所以电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率, ,选项选项B B错误错误;P;P电动机电动机=IU=IU1 1,P,P电炉电炉=IU=IU2 2, ,因为因为P P电动机电动机PP电炉电炉, ,所以所以U U1 1UU2 2, ,故选项故选项C C正确正确, ,选项选项D D错误错误. .C C 物理物理( (教师参考教师参考) )【教材探究教材探究】教材教材P P5353电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时, ,电能全部转化为内能电能全部转化为内能. .额定电压相同的灯泡额定电压相同的灯泡, ,额定功率越大额定