第5节 焦 耳 定 律

1、第5节焦 耳 定 律一、电功和电功率 1电功 (1)电功的定义：电场力对电荷做的功，叫做电功 (2)电功的表达式：WqUUIt.（即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积） (3)单位：焦耳，符号为J. 2电功率(1)定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率(2)表达式：PUI.(3)单位：瓦特，符号W.(4)物理意义：表示电流做功的快慢(5)串联电路中：由PI2R知I2，电阻越大，功率越大；并联电路中：由PU2/R知P1R1P2R2U2，电阻越小，功率越大 例1、一根电阻丝，通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J若在相同的时间内通过4 C的电荷量，

2、该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是() A4 V16 JB8 V16 J C4 V32 J D8 V32 J例2、甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法中不正确的是() A甲灯的实际功率一定总是40 W B将乙灯接入110 V电路中，它的额定功率仍为60 W C两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较大 D两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少二、焦耳定律和热功率 1焦耳定律 (1)内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比 (2)表达式：QI2Rt. (3)适用范围：QI2Rt是电热的定义式，可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热) (4

3、)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能2热功率 单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率热功率即电能转化为内能的功率，即PI2R.3纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器 电流、电压、 电阻三者的 关系 遵循欧姆定律IU/R 不服从欧姆定律，由UItI2RtW知UIR或I 能量转化形式 电流做功全部转化为内能：WQUItI2Rt t电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功WUIt；电热QI2Rt.WQW其他元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电解槽 例3、家庭用的电吹风中有电动机和电热

4、丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机线圈的电阻为R1，它与电阻为R2的电热丝相串联，接到交流电源上电吹风两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，如图所示，有以下结论： PIUPI2(R1R2) PIUPI2(R1R2)以上结论正确的是() A只有 B只有 C只有 D只有例4、微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 ，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作求： (1)它的额定输入功率多大？ (2)工作时由导线发热损失的功率多大？ (3)它的最大输出功率多大？ 课堂练习2一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W与36 V若把此

5、灯泡接到输出电压为18 V的电源两端，则灯泡消耗的电功率()A等于36 W B小于36 W，大于9 WC等于9 W D小于9 W3下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt适用于任何电路，而WI2Rt只适用于纯电阻电路C在不是纯电阻的电路中，UII2RD焦耳热QI2Rt适用于任何电路4有一只电风扇，标有“220 V,50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 ，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法，正确的是()AQ BQPt CQ2Rt D以上三种方法均正确5如图所示，电压U不变，电阻R为固定电阻，如

6、要使电路消耗的总功率稍稍增大一点，则可行的办法是()A给 R 串联一个较小的电阻 B给 R并联一个较小的电阻C给 R 串联一个较大的电阻 D给 R并联一个较大的电阻7有两盏电灯L1和L2，用图中所示的两种方式连接到电路中，已知电压 U 相同，且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电灯L1的亮度，则()A甲图的电路中灯L1较亮B乙图的电路中灯L1较亮C两个电路中灯L1一样亮D不知它们的额定电压和额定功率，无法判断8.电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干后的保温状态右图是电饭锅的电路图，R1是一个电阻，R2是加热用的电阻丝(1)自动开关S接通和断开时，电饭锅

7、分别处于哪种状态？说明理由(2)要使R2在保温状态下的功率是加热状态的一半，R1R2应该是多大？第6节导体的电阻表一、电阻定律1内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻与构成它的材料有关2公式：R. 对电阻定律的理解： (1)如右图所示，一块长方体铜块，若通以电流I1，则长度为a，横截面积为bc；若通以电流I2时，则长度为c，横截面积为ab，是材料的电阻率 (2)此式为电阻的决定式，表明导体的电阻由、l、S决定，而与加在导体两端的电压U和流过导体的电流I无关 (3)R适用于温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液 (4)电阻定律指出了导体电阻

8、由导体本身决定，也提出了通过控制导线长度达到改变电阻的方法 例1 白炽灯的灯丝由钨丝制成，当灯丝烧断后脱落一段，又将剩余灯丝刚好能搭上使用，若灯泡功率原来为60 W，观察搭接起来的灯丝长度大约为原来的，则现在灯泡的功率约为()A30 W B45 W C60 W D80 W二、电阻率 1物理意义电阻率是一个反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关，它的单位是欧姆米，国际符号m，而电阻R反映的是导体的属性，与导体的材料、形状、大小有关2大小(1)计算公式：.(2)各种材料的电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为1 m、横截面积为1 m2的导体的电阻各种材料都有各自的电

9、阻率，各种金属中银的电阻率最小，其次是铜、铝，合金的电阻率大于组成它的任何一种纯金属的电阻率(3)电阻率与温度的关系各种材料的电阻率都随温度的变化而变化，金属的电阻率随温度升高而增大(可用于制造电阻温度计)；半导体和电介质的电阻率随温度的升高而减小(半导体的电阻率随温度变化较大，应用于制成热敏电阻)；有些合金如锰铜、镍铜的电阻率几乎不受温度变化的影响(可用来制作标准电阻)；当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零成为超导体 例2 、金属铂的电阻值对温度的高低非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻随温度变化的性质制成铂电阻温度计，下图的IU图象中能表示金属铂电阻情况的图象是() 例3

10、(双选)关于材料的电阻率，下列说法中正确的是() A导体的电阻率与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，还与导体材料有关 B金属导体的电阻率随温度的升高而增大 C纯金属的电阻率比合金的电阻率小 D产生超导现象时，材料的电阻为零，但材料的性质没有变，材料的电阻率不为零课堂练习1(双选)下列说法中正确的是()A据RU/I可知，当通过导体的电流强度不变，加在电阻两端的电压变为原来的2倍时，导体的电阻也变为原来的2倍B据RU/I可知，通过导体的电流强度改变，加在电阻两端的电压也改变，但导体的电阻不变C据RS/l可知，导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积RS成正比，与导体的长度l成反比D导体的电

11、阻率与导体的长度l、横截面积S、导体的电阻R皆无关2一段粗细均匀的电阻丝横截面的直径为d，电阻为R，把它拉制成直径为的均匀细丝后，它的电阻变成()AR/1 000 B10 000 R CR/100 D100 R3如图是横截面积、长度均相同的甲、乙两根电阻丝的IR图象现将甲、乙串联后接入电路中，则()A甲电阻丝两端的电压比乙电阻丝两端的电压小B甲电阻丝的电阻率比乙电阻丝的电阻率小C在相同时间内，电流通过乙电阻丝产生的焦耳热少D甲电阻丝消耗的电功率比乙电阻丝消耗的电功率小4如下图所示，相距40 km的A、B两地架两条输电线，电阻共为800 ，如果在A、B间的某处发生短路，这时接在A处的电压表示数为

12、10 V，电流表示数为40 mA，求发生短路处距A有多远？ 第7节闭合电路的欧姆定律一、闭合电路欧姆定律 1描述闭合电路的基本物理量 (1)内电路、内电阻、内电压 将电源和用电器连接起来，就构成闭合电路，如右图所示，电源内部的电路叫闭合电路的内电路内电路的电阻叫电源的内阻 当电路中有电流通过时，内电路两端的电压叫内电压,用U内表示 (2)外电路、外电压(又称路端电压) 电源外部的电路叫外电路外电路两端的电压叫外电压，也叫路端电压，用U外表示 (3)三者关系：EU内U外2闭合电路欧姆定律(1)闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比这个结论叫闭合电路的欧姆定律(2)表达

13、式：I.变式：EIRIr或EU外Ir或U外EIr.其中R为外电路的等效电阻例1、右图中电阻R1、R2、R3的阻值相等，电池的内阻不计开关K接通后流过R2的电流是K接通前的() A. B. C. D.例2如图所示电路中，电源电动势E9 V、内阻r3 ，R15 .下列说法中正确的是() A当S断开时，UAC9 V B当S闭合时，UAC9 V C当S闭合时，UAB7.5 V，UBC0 D当S断开时，UAB0，UBC0练习1.电路如图所示，已知电池组的总内阻r1 ，外电路电阻R5 ，电压表的示数U2.5 V，则电池组的电动势E应等于() A2.0 V B2.5 VC3.0 V D3.5 V 2.(20

14、12长沙高二检测)如图所示电路中,电源电动势E=9 V、内阻r=3 ,R=15 ,下列说法中正确的是() A.当S断开时,UAC=9 V B.当S闭合时,UAC=9 V C.当S闭合时,UAB=7.5 V,UBC=0 D.当S断开时,UAB=0,UBC=0 3、如右图所示的电路中，当K闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A当K断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势 二、路端电压与负载的关系当U内Ir代入EUU内，得UEU内EIr.1当外电阻R增大时，根据I可知，电流I减小(E和r为定值)，内电压Ir减小，根据UEIr可知路端电压U增大2当

15、外电阻R减小时，根据I可知电流I增大，内电压Ir增大，根据UEIr可知路端电压U减小3当外电路断开时，R，I0，Ir0，UE，此为直接测量法测电动势的依据当外电路短路时，R0，I(称为短路电流)，U0.由于通常的电源内阻很小，短路时会形成很大的电流这就是严禁把电源两极不经负载直接相接的原因 例3、如右图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r.当可变电阻的滑片P向b移动时，电压表V1的读数U1与电压表V2的读数U2的变化情况是() AU1变大，U2变小 BU1变大，U2变大 CU1变小，U2变小 DU1变小，U2变大例4、2011年7月6日18时45分，山东省枣庄防备煤矿有限公司井下255米处

16、一台空气压缩机着火，初步核查造成事故区域36名矿工被困井内装有火警报警器，如图是其部分电路示意图其中R2为用半导体热敏材料(其阻值随温度的升高而迅速减小)制成的传感器，电流表A为值班室的显示器，B为值班室报警电铃当传感器R2所在处出现火情时，电流表A显示的电流I、报警电铃两端的电压U的变化情况是()AI变大，U变大BI变小，U变小CI变小，U变大 DI变大，U变小例5、在如图所示的电路内，水平放置的平行板电容器中有一带电液滴正好处于静止状态，现将滑动变阻器的滑片P向左移动，则()A电容器中的电场强度将增大B电容器上的电荷量将减少C电容器的电容将减小D液滴将向上运动练习1、(2011海南高考)如

17、图，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为电压表和电流表初始时S0与S均闭合，现将S断开，则()A.的读数变大，的读数变小B.的读数变大，的读数变大C.的读数变小，的读数变小D.的读数变小，的读数变大2.在如图所示的闭合电路中，当滑片P向右移动时，两电表读数的变化是()A.变大，变大B.变小，变大C.变大，变小D.变小，变小3、(改编题)如图所示，电源电动势为E，内电阻为r，当滑动变阻器的滑片P处于左端时，三盏灯L1、L2、L3均发光良好在滑片P从左端逐渐向右移动过程中，下列说法中正确的是()A小灯泡L1、L2变暗，L3变亮B小灯泡L3变暗，L1、L2变亮

18、C电压表V1、V2示数均变大D电压表V1、V2示数之和变大4.A灯与B灯电阻相同，当变阻器滑片向下移动时，对两灯明暗程度的变化判断正确的是( ) A、A、B灯都变亮 B、A、B灯都变暗 C、A灯变亮，B灯变暗 D、A灯变暗，B灯变亮5.如图所示的电路中,当滑动变阻器的触头P向上滑动时,则() A.电源的总功率变小 B.电容器储存的电荷量变大 C.灯L1变暗 D.灯L2变亮6、在如图所示的电路中，灯泡L的电阻大于电源的内阻r，闭合电键S，将滑动变阻器的滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是()A灯泡L变亮B电流表读数变小，电压表读数变大C电容器C上电荷量增加D电容器C上电荷量减少4路端电压与

19、电流的关系图象(UI图象)如下图所示，UI图象是一条_线，该图线与纵轴交点的纵坐标表示_，该线的斜率表示_ 例6、如图所示，甲、乙为两个独立电源的路端电压U与通过它们的电流I的关系图象，下列说法中正确的是()A路端电压都为U0时，它们的外电阻相等B电流都是I0时，两电源的内电压相等C电源甲的电动势大于电源乙的电动势D电源甲的内阻小于电源乙的内阻变式训练.有两节电池,它们的电动势分别为E1和E2,内电阻分别为r1和r2.将它们分别连成闭合电路,其外电路的电流I和路端电压U的关系如图所示,可以判定( ) A.图象交点所示状态, 两电路的外电阻相等 B.E1E2,r1r2 C.图象交点所示状态, 两

20、电路的电阻相等 D.E1E2,r1r2三、闭合回路中的功率1电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算式为： PIE(普遍适用)， PI2(Rr)(只适用于外电路为纯电阻的电路) 2电源内阻消耗功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为：P内I2r. 3电源的输出功率P出：外电路上消耗的功率，计算式为： P出IU外(普遍适用)， P出I2R(只适用于外电路为纯电阻的电路) 4输出功率随外电阻R的变化关系： 电源的输出功率：P出UI. 由上式可以看出： (1)当Rr时，电源的输出功率最大，Pm，此时电源效率50%. (2)当Rr时，随着R的增大输出

21、功率越来越小 (3)当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大 (4)当P出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1R2r2. (5)P出与R的关系如右图所示 5闭合电路上功率分配关系为：PP出P内即EIUII2r. 闭合电路上功率分配关系，反映了闭合电路中能量的转化和守恒，即电源提供的电能，一部分消耗在内阻上，其余部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能能量守恒的表达式为： EItUItI2rt(普遍适用)， EItI2RtI2rt(只适用于外电路为纯电阻的电路) 6电源的效率： .由上式可知，外电阻R越大，电源的效率越高例7、 如右图所示，R为电阻箱，V 为理想电压表

22、，当电阻箱读数为R12 时，电压表读数为U14 V；当电阻箱读数为R25 时，电压表读数为U25 V求： (1)电源的电动势E和内阻r. (2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少？ 例8、如右图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，电路中的电阻R1、R2和R3的阻值都相同，在开关S处于闭合状态下，若将开关S1由位置1切换到位置2，则() A电压表的示数变大 B电池内部消耗的功率变大 C电阻R2两端的电压变大 D电池的效率变大 例9一电源与电阻R组成串联电路，电源的路端电压U随电流的变化图线及外电阻的UI图线分别如右图所示，求： (1)电源的电动势和内阻； (2)电

23、源的路端电压； (3)电源的输出功率 练习1.(2013宝鸡高二检测)如图所示,已知电源内电阻r为2 ,定值电阻R0为3 ,滑动变阻器阻值范围为010 .当滑动变阻器R使其阻值为R1时,滑动变阻器获得最大功率,则R1的阻值应为() A.2 B.3 C.4 D.5 2.如图所示,已知电源的内阻为r,外电路的固定电阻R0=r,可变电阻Rx的总阻值为2r.在Rx的滑动触头从A端滑向B端的过程中() A.电源的总功率保持不变 B.Rx消耗的功率减小 C.电源内消耗的功率增大 D.R0消耗的功率减小3.如图所示,M为一线圈电阻rM=0.4 的电动机,R=24 ,电源电动势E=40 V.当S断开时,电流表

24、的示数为I1=1.6 A,当开关S闭合时,电流表的示数为I2=4.0 A.求: (1)电源内阻r; (2)开关S闭合时电动机输出的机械功率; (3)开关S闭合时电源输出功率.4.(2013海淀高二检测)如图所示是一个小灯泡的伏安特性曲线. (1)若把4个这样的小灯泡串联后,接到16 V的恒压电源上,求每个小灯泡的电阻和小灯泡上消耗的电功率. (2)若将一个小灯泡接在一个电源电动势为8 V,内阻为20 的电源上,求电路中的电流、小灯泡的电阻及小灯泡上消耗的电功率. 课后练习1(双选)若E表示电动势，U表示外电压，U表示内电压，R表示外电路的总电阻，r表示内电阻，I表示电流，则下列各式中正确的是()AUIR BUEUCUEIr DUE2.如右图所示，用两节干电池点亮几个小灯泡，当逐一闭合开关，接入灯泡增多时，以下说法错误的是()A灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗B灯多时各灯两端的电压较低C灯多时通过电池的电流较大D灯多时通过各灯的电流较大3(双选)按如图所示的电路连接各元件后，闭合开关S，L1、L2两灯泡都能发光在保证灯泡安全的前提下，当滑动变阻器的滑动头向左移动时，下列判断正确的是()AL1变暗 BL1变亮CL2变暗 DL2变亮4.如图是一