2020-2021学年高中物理第3章恒定电流第3节焦耳定律学案鲁科版3-1

学必求其心得，业必贵于专精第3节焦耳定律［学习目标］1.知道电功的看法，掌握电功和电功率的计算。（物理看法)2。知道焦耳定律，会依照焦耳定律计算用电器产生的电热。(科学思想）3.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的差别，会结合实质，区分电功和电热。(科学思想）一、电能电功和电功率的比较电功电功率看法电场力对定向搬动的自由单位时间内电流所做的功电荷所做的功公式W＝qU＝UItP＝错误!＝UI单位焦耳，符号J瓦特，简称瓦,符号W物理意义描述电能转变成其他形式描述电流做功的快慢的能的多少二、焦耳定律1．内容：电流经过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与-1-学必求其心得，业必贵于专精导体的电阻成正比，与通电时间成正比.2．公式：Q＝I2Rt。3．单位：焦耳，简称焦,符号J。三、身边的电热1．电热水器、电饭锅等家用电器是利用了电流的热效应，其电阻丝都是由电阻率较大的资料制成的。2．电焊是在焊接的金属接触面上经过电流，利用接触电阻产生的热量获取适合焊接的高温，从而对接触面进行焊接的一种方法。3．插头和插座之间、电线连接处若是接触不良，都会产生大电阻,简单发热，甚至迸出火花。4．电视机和显示器的后盖有很多孔，计算机的CPU要安装散热片及风扇,都是为了散热。1．思虑判断(正确的打“√”，错误的打“×”）(1）千瓦时（kW·h）是电功的常用单位。1kW·h＝3。6×106J。（√)(2）电流做功的过程中，电能转变成其他形式的能.（√)（3）电功率越大，电流做功必然越快。(√）（4)任何电路都有W＝Q,即UIt＝I2Rt。(×）-2-学必求其心得，业必贵于专精［提示]只有纯电阻电路中W＝Q.2．(多项选择)对电功及焦耳定律公式的理解正确的选项是(）．焦耳定律适用于所有电路的焦耳热的求解B．电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适合于任何电路，因此W不用然等于QC．非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热D．电功的另一表达式W＝错误!t适用于任何电路AB[任何电路的热功以及焦耳热的求解都可用焦耳定律求解，A正确;B选项中的两个公式均适合于任何电路,但W不用然等于Q，B正确；在非纯电阻电路中的电功必然大于焦耳热，C错误；W＝错误!t只适用于纯电阻电路,D错误。]3．在直流电路中,两个电阻的阻值之比R1∶R2＝2∶1，经过的电流之比I1∶I2＝2∶1，则在相等时间内两个电阻产生的热量之比Q1∶Q2为(）A．1∶1B．2∶1C．4∶1D．8∶1［已知两个电阻的阻值之比是2∶1，经过的电流之比是2∶1，则相等时间内产生的热量之比错误!＝错误!＝错误!错误!×错误!＝错误!，故D-3-学必求其心得，业必贵于专精正确。］电功和电功率电热和热功率1.对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转变成其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量,标志住电能转变成其他形式的能的多少.(3）电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用。2．对电功率的理解1）电功率P＝错误!＝UI对任何电路都适用。2）额定功率和实质功率①额定功率:用电器正常工作所耗资的功率。②实质功率：用电器在实质电压下电流做功的功率。3．电热和热功率（1）电热的计算公式为Q＝I2Rt。(2)热功率的计算公式为P热＝I2R。4．电功和电热的比较-4-学必求其心得，业必贵于专精电功电热由于电流的热效应，电流实质电场力对自由电荷做的功经过导体发热计算公式W＝qU＝UItQ＝I2Rt联系与区纯电阻电路中，电功等于电在非纯电阻电路中，电功别热，即W＝Q大于电热，即W〉Q电功率与纯电阻电路中，电功率等于非纯电阻电路中，电功率热功率热功率，即P＝UI＝I2R＝错误!大于热功率，即UI〉I2R【例1】(多项选择)有一内阻为4。4Ω的直流电动机和一盏标有“11060W”的灯泡串通后接在电压为220V的直流电源两端，灯泡正常发光,则（)A．直流电动机耗资的电功率为120WB．直流电动机的发热功率为60WC．直流电动机耗资的电功率为60WD．电路耗资的总功率为120W思路点拨:①流过电动机和灯泡的电流相等。②依照公式P＝UI和P＝I2r计算电功率和热功率.CD“[灯泡正常发光"说明灯泡的实质电压为110V,电流I＝错误!-5-学必求其心得，业必贵于专精A＝错误!A，电动机两端的电压为110V，电动机耗资的电功率为110V×错误!A＝60W，选项A错误，C正确；直流电动机的发热功率为错误!错误!×4.4W＝1。3W，选项B错误;电路耗资的总功率为错误!220W＝120W，选项D正确.］四个电学公式的适用范围(1)电功W＝UIt＝qU宽泛适用。（2)I＝错误!为电流的定义式，宽泛适用。(3)I＝错误!只适用于纯电阻电路。（4)电热Q＝I2Rt宽泛适用。[跟进训练]1.在现代生活中，充电宝是手机一族出行的必备品.当充电宝电量不足时，需要给充电宝充电，此时充电宝相当于可充电的电池，充电过程可简化为以下列图电路。先给一充电宝充电，充电电压为5V，充电电流为1000mA，充电宝的内阻为0。2Ω。试求：(1)充电宝的输入功率;(2）充电宝内阻耗资的热功率;-6-学必求其心得，业必贵于专精（3)一分钟内充电宝储蓄的电能。［解析］（1）充电宝的输入功率为－3P入＝UI＝5×1000×10W＝5W。(2）充电宝内阻耗资的热功率为P热＝I2r＝12×0.2W＝0.2W。（3）一分钟内充电宝储蓄的电能为Q＝P入t－P热t＝5×60J－0.2×60J＝288J。[答案］（1)5W(2)0。2W（3)288J纯电阻电路和非纯电阻电路1。纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路:电流经过纯电阻电路做功时，电能所有转变成导体的内能。2）非纯电阻电路:含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转变成内能外，还转变成机械能或化学能。2．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较项目纯电阻电路非纯电阻电路-7-学必求其心得，业必贵于专精能量转化情况电功和电热的W＝Q即IUt＝I2Rt＝错误!tW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他关系电功率和P＝P热即IU＝I2R＝错误!P＝P热＋P其他即IU＝I2R＋P其热功率他的关系欧姆定律可否U＝IR,I＝错误!成立U＞IR,I＜错误!不成立成立【例2】小明准备参加玩具赛车比赛，他想经过实验优选一只能量变换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，尔后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。请问：电动机的电压/V电动机工作状态经过电动机的电流/A0.2不转动0.4-8-学必求其心得，业必贵于专精2。0正常转动1.0(1）这只电动机线圈的电阻为多少？(2）当电动机正常工作时，转变成机械能的功率是多少？3）当电动机正常工作1min时,电动机耗资的电能是多少？4）该玩具电动机正常工作时电能转变成机械能的效率是多少？思路点拨：［解析](1）电动机不转动时，是纯电阻电路，依照欧姆定律得:r＝错误!＝错误!Ω＝0。5Ω。（2)当电动机正常工作时，P机＝UI－I2r＝(2×1－12×0。5)W＝1.5W。(3）当电动机正常工作1分钟时，电动机耗资的电能E＝UIt＝2×1×60J＝120J。（4）电能转变成机械能的效率η＝错误!×100%＝错误!×100%＝75%。-9-学必求其心得，业必贵于专精[答案](1)0.5Ω（2)1.5W（3）120J(4)75％若上例中用此电机竖直吊起质量为m＝0.1kg的物体，则其正常工作时物体匀速上升的速度是多大？(取g＝10m/s2）［解析]由例题可知，该电机正常工作时,输出功率P机＝1.5W.由P机＝mg·v可知v＝错误!＝错误!m/s＝1.5m/s。［答案]1。5m/s电动机电路的解析与计算错误!2．一台小型电动机在3V电压下工作，用此电动机提升重力为4N的物体时，经过电动机的电流是0。2A.在30s内可将该物体匀速提升3m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：(1）电动机的输入功率；(2)在开始提升物体后的30s内，电动机线圈所产生的热量；-10-学必求其心得，业必贵于专精(3)线圈的电阻。[解析］(1)电动机的输入功率P入＝IU＝0.2×W3＝0.6W。（2)电动机提升物体的机械功率P机＝Fv＝G·错误!＝4×错误!W0。4W,由能量守恒定律得P入＝P机＋P热，故P热＝P入－P机＝(0.6－0。4）W＝0。2W,因此电动机线圈产生的热量Q＝P热t＝0.2×30J＝6J。(3）依照焦耳定律Q＝I2Rt可得线圈电阻R＝错误!＝错误!Ω＝5Ω。[答案］（1)0。6W（2)6J（3）5Ω课堂小结知识脉络个看法——电功、电功率、电热、热功率个公式-—W＝IUt、P＝IU、QI2Rt、P热＝I2R个电路——纯电阻电路和非纯电阻电路1．以下家用电器在工作时，主要利用电流热效应的是（)-11-学必求其心得，业必贵于专精A．电熨斗B．电冰箱C．吸尘器D．电风扇［电熨斗是利用了电流的热效应来产生热量的,故A正确。电冰箱利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，故B错误。吸尘器工作时，主要将电能转变成机械能，不是利用电流的热效应，选项C错误。电风扇主若是把电能转变成机械能，是利用了电流的磁效应，故D错误.］2．(多项选择)甲、乙两只一般照明灯泡的铭牌以下列图，以下说法正确的选项是(）A．甲灯的实质功率必然总是40WB．将乙灯接入110V电路中，它的额定功率仍为60WC．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,甲灯耗资的电能较少BCD[灯泡的铭牌上标志的是额定电压和额定功率，当工作电压不是220V时，灯泡的实质功率不再是额定功率，但额定功率不会随电压变化而变化，A错误，B、D正确；由R＝错误!可知C正确。］3．利用超导资料零电阻的性质,可以实现无耗费输电。现有素来-12-学必求其心得，业必贵于专精流电路，输电线的总电阻为0。4Ω，它供给给用电器的电功率为40kW，电压为800V。若是用临界温度以下的超导电缆取代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为（）A．1kWB．1.6×103kWC．1.6×10－3kWD．10kW[节约的电功率为原来输电线耗资的功率，由焦耳定律有P＝I2R。依照输电线供给给用电器的功率和电压可知输电线中的电流I满足P0＝UI，由以上两式有P＝错误!错误!R＝错误!错误!×0.4W＝1000W。选项A正确.］4．某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.4m/s的恒定速度向斜上方搬动,电动机的最大输出功率为4.9kW。不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时扶梯的搬动速度和不载人