焦耳定律(公开课)

1、焦耳定律12021/8/14讨论几个用电器的能量转化情况，并发现相同点讨论几个用电器的能量转化情况，并发现相同点22021/8/14a、电流流过电炉、电流流过电炉b、电流流过电解槽、电流流过电解槽c、电流流过电风扇、电流流过电风扇电能转化为热能电能转化为热能电能转化为化学能和热能电能转化为化学能和热能 电能转化为机械能和热能电能转化为机械能和热能 相同的特点：相同的特点：电能转换为热能电能转换为热能能量转换情况：32021/8/14一、电流的热效应：一、电流的热效应： 导体中有电流通过时，导体要发热，这种导体中有电流通过时，导体要发热，这种现象叫电流的热效应现象叫电流的热效应42021/8/1

2、41.纯电阻电路：纯电阻电路：2.非纯电阻电路：非纯电阻电路：电路中只有电阻元件，电流做功，电能全部转化为内能电路中只有电阻元件，电流做功，电能全部转化为内能电流做功，电路中电能转化为内能和其他形式的电流做功，电路中电能转化为内能和其他形式的能量能量二、两种电路：二、两种电路：如白炽电灯、电炉、电热毯、电热棒等如白炽电灯、电炉、电热毯、电热棒等如电路中含用电动机、电解槽等如电路中含用电动机、电解槽等52021/8/14思考： 水流推动水轮机可以做功，电流通过用电器也会做功， 那如何计算电流通过用电器所做的功呢？62021/8/14三、电功：三、电功：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电

3、压U、电路中的电流 I 和通电时间 t 三者的乘积 2. 单位：单位：在国际单位制中电功的单位是焦（在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时），常用单位有千瓦时（kWh）.W=W=qUq=I t1kWh3.6106J1. 定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功做的功，简称为电功72021/8/1482021/8/14四、电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率四、电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率（）一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积（）物理意义：电功率表

4、示电流做功的快慢（）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）1kW103W106mW92021/8/144用电器的额定功率和实际功率(1)额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率102021/8/14例题1. 有一个额定电压为220V的白炽灯，它在额定电压工作是的电流为0.5A，在白炽灯正常工作8小时的情况下，问：（1）白炽灯的功率是多少？（2）在工作8小时后，电流做功多少？（3）消耗了多少度电？解：（1）P=UI=2200.5

5、W=110W （2）W=UIt=2200.583.6103 J=3.168106J （3） =0.88KW hWn=1KW h112021/8/14122021/8/14五、焦耳定律（实验定律）五、焦耳定律（实验定律）3、 适用于一切电路适用于一切电路（纯电阻电路、非纯电阻电路）中电热的计算。（纯电阻电路、非纯电阻电路）中电热的计算。 电电流通过导体产生的流通过导体产生的热热量量Q等于电流等于电流I的二次方、导体的电阻的二次方、导体的电阻R 和通电时间和通电时间 t 三者的乘积三者的乘积 2. 电能电能全部全部转化为内能：转化为内能： Q=W=IUt 欧姆定律：欧姆定律：U=IR Q=I2 R

6、 tRItQP2132021/8/14计算计算热功率热功率的的普适公式普适公式为为: :I2RtQP例例2、对计算任何用电器的、对计算任何用电器的热功率热功率都适用的都适用的公式是公式是 ( ) RIP2UIPQD .P =tRUP2142021/8/14例3、一只“220V 45W”的电烙铁，在额定电压下使用，每分钟产生的热量是( )A、45J B、220J C、2700J D、9900JC152021/8/14 例例3 3：一根：一根6060 的电阻丝接在的电阻丝接在36v36v的电源上，在的电源上，在5 5分钟内共产生多少热量？分钟内共产生多少热量？解：解：A6 . 060V36RUI6

7、480J300606 . 022RtIQ分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。162021/8/14纯电阻电路纯电阻电路: : 电能电能 内能内能 QI2Rt WUIt=I=U/RM非纯电阻电路非纯电阻电路: :电能电能 内能内能+ +其它形式的能其它形式的能WW - QQUIt I2RtIU/R说明：欧姆说明：欧姆定律不适用定律不适用于非纯电阻于非纯电阻电路！电路！指某段电路指某段电路在某段时间在某段时间内消耗的全内消耗的全部电能部电能! ! 指转化为指转化为内能的那

8、内能的那部分电能部分电能! !172021/8/14纯电阻电路纯电阻电路: : 电能电能 内能内能 QI2Rt WUIt=I=U/R非纯电阻电路非纯电阻电路: :电能电能 内能内能+ +其它形式的能其它形式的能UIt I2RtIU/R说明：欧姆说明：欧姆定律不适用定律不适用于非纯电阻于非纯电阻电路！电路！电能电能 内能内能182021/8/14电功与电热电功与电热 192021/8/14例4、一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈电阻为2，线圈中电流为10A。这台电动机正常工作1S消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（ ）AW=3800J，Q=200J BW=3800J，Q=3800

9、J CW=72200J，Q=200J DW=72200J，Q=3800J A202021/8/14解解:据能量守恒定律得据能量守恒定律得: IUt = I2Rt +W故电动机每分钟所做的机械功为故电动机每分钟所做的机械功为: W=(IU- -I2R)t =(5220- -520.4) 60 J =6.5104 J针对练习一、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有多少?212021/8/14针对练习二：一电动机线圈的电阻为 1 ，线圈两端所加电压为 2 V时，电流为 0.8 A，电动机正常工作(1)在求电动机正常工作 1

10、min 所消耗的电能时，有以下两种不同的解法：解法一：WIUt0.8 A2 V60 s96 J解法二：WI2Rt(0.8 A)21 60 s38.4 J你认为哪种解法对，请作出判断并说明理由(2)求电动机正常工作 1 min 所转化的机械能是多少？222021/8/14解：(1)解法一对因为电动机工作时电能没有全部转化为内能，而大部分转化为机械能解法二求出的是电动机工作时产生的电热，只占所消耗电能的一部分(2)电动机工作 1 min 消耗的电能为WIUt0.8 A2 V60 s96 J电动机工作 1 min 产生的电热为QI2Rt(0.8 A)21 60 s38.4 J电动机工作 1 min

11、转化成的机械能为W机械WQ96 J38.4 J57.6 J.232021/8/14纯电阻电路：只含有电热元件的电路（如白炽灯、电炉、电烙铁；及转子被卡住的电动机（欧姆定律成立）非纯电阻电路：电路中含有在转动的电动机或有在发生化学反应的电解槽的电路（欧姆定律不成立）242021/8/141.电功: IUtW 2.电功率: IUtWP3.电热: RtIQ2=4.热功率: RItQP2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电功和电功率、电热和热功率252021/8/14电功与电热电功与电热 262021/8/143纯电阻电路和非纯电阻电路272021/8/14

12、282021/8/142、下图所示的电路中，三电阻串联，其、下图所示的电路中，三电阻串联，其阻值阻值R1=2，R=3，R=6，电路总，电路总电压为电压为U，各电阻消耗的功率分别为，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则，则 P1：P2：P3等于等于( )A、2：3：6B、6：3：2 C、1：2：3D、3：2：1R1R2R3在串联电路中，功率在串联电路中，功率跟电阻成跟电阻成正比正比。A292021/8/14在并联电路中，功率在并联电路中，功率跟电阻成跟电阻成反比反比。3、下图所示的电路中，三电阻并联，其、下图所示的电路中，三电阻并联，其阻值阻值R1=2，R=3，R=6，电路总，电路总电压为

13、电压为U，各电阻消耗的功率分别为，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则，则 P1：P2：P3等于等于( )A、2：3：6B、6：3：2 C、1：2：3D、3：2：1D302021/8/14例例2 2：某电动机上标有：某电动机上标有“220V,2A”220V,2A”它的线圈电阻为它的线圈电阻为5 5 ，当，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？解：消耗的电能为解：消耗的电能为:W:W总总=UIt=220V=UIt=220

14、V2A2A60S=26400J60S=26400J线圈中产生的热量为：线圈中产生的热量为：Q=IQ=I2 2Rt=(2A)Rt=(2A)2 25 5 60S=120J 60S=120J 得到的机械能为：得到的机械能为：W W机机=W=W总总Q=26400JQ=26400J120J=25200J120J=25200J例题例题312021/8/14【例 3】一台电动机电阻为 0.5 ，正常工作时通过的电流为 20 A，在 10 s 内转化的机械能为 4.2104 J，求：在这 10 s内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？W2.0103 J4.2104 J4.4104 J.解：电动机产生的热量

15、为 QI2Rt2.0103 J根据 WQE机，得322021/8/14【触类旁通触类旁通】3一台直流电动机线圈电阻 r1 ，与一阻值 R10 的电阻串联，当电路两端加 U150 V 的电压时，电动机正常工作，且电压表示数为 100 V，求电动机消耗的功率及输出的机械功率图 253332021/8/14解：电阻 R 两端的电压为URUUM150 V100 V50 V则电路中的电流 IA5 A电动机消耗的功率为PI UM5100 W500 W电动机线圈电阻 r 的发热功率为P热I2r25 W则电动机输出的机械功率为P机PP热500 W25 W475 W.342021/8/14 1、如图所示为“iPad”的充电器，参数标有5V 2.1A，表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A，电板充满电所储存的电能是113400J。充电时的能量转换是电能转化为_（化学/内）能。若“iPad”充电时