《5焦耳定律》教学设计(安徽省市级优课)-物理教案

2.5焦耳定律【学习目标】1.理解电功及电功率，理解电功和其他形式的能量转化的关系。2.知道焦耳定律的物理意义，掌握焦耳定律在生活中的应用。3.从能量的转化和守恒理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路和非纯电阻电路。一、电功和电功率(1)用电器通电后,可以将电能转化为其他形式的能量。根据我们的生活经验和所见所闻列举常见的用电器,并说明该用电器将电能主要转化成什么能。(2)试从力的角度和能的角度分析电功的实质是什么。从力的角度看:电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。从能的角度看:电流做功过程是电能转化为其他形式能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式能的多少。(3)如图所示,一段电路两端的电压为U,电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动,形成电流I。则在时间t内,通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少?在这个过程中,静电力做了多少功?q=ItW=qU=IUt。(4)电流做功不仅有多少,而且还有快慢,那么如何描述电流做功的快慢呢?用电器铭牌上所标的功率有何意义?用电器铭牌上的功率指的是用电器的额定功率,即用电器能长时间正常工作时的最大功率,用电器实际工作时,其实际功率一般小于或等于额定功率。二、焦耳定律1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成，跟导体的电阻及通电时间成正比．2．公式：Q＝I2Rt3．热功率：单位时间内的发热量，P＝I2R例.一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量?三．电功与电热纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．此时电功等于电热W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t,电功率等于热功率P＝P热＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).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，电流做的功一部分转化为机械能或化学能，还有一小部分转化为内能．此时电功大于电热：W＝UIt＝Q＋E其他>Q＝I2Rt，电功率大于热功率：P＝UI＝P热＋P其他>P热＝I2R.1.某一电路中只含有某一电器元件，即白炽灯、电动机、电炉、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻电路，哪些属于非纯电阻电路．答案纯电阻电路有：白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅；非纯电阻电路有：电动机、电解槽、2.在电流通过电水壶时，能量是如何转化的？在电流通过电风扇时，能量又是如何转化的？答案在电水壶电路中，电流做的功即消耗的电能全部转化为电热，即W＝Q.在电风扇电路中，电流做的功即消耗的电能除一部分转化为电热之外，大部分转化为机械能，即W＝Q＋E其他，此时W>Q.注：对于含有电动机的电路，电动机转时是非纯电阻电路，电动机不转时是纯电阻电路．课堂总结W=Uit例.对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（）A.P=I2RB.P=U2/RC.P=UID.P=W/t例.一台电动机内阻为1Ω，接到120V的电源上．当电动机工作时，电流为10A(1)电动机输入功率是多少？(2)电动机发热功率是多少？(3)输出的机械功率是多少？巩固训练1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()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B.W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UI>I2RD.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路解析电功率公式P＝eq\f(W,t)，表示电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝eq\f(P,U)，焦耳热Q＝(eq\f(P,U))2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错．W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝eq\f(U,R)只适用于纯电阻电路，B对．在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C对．Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D对.2.下.列关于电功率的说法中，正确的是()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B.用电器的实际功率取决于用电器的额定功率C.白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率D.电功率越小，则电流做功越少答案C解析用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决定的，与实际电流和实际电压无关，故A错，C对；用电器实际功率的大小是由加在它两端的电压和通过它的电流决定的，B错；电流做功的多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D错.案BCD3.(非纯电阻电路的特点)如图3所示，直流电动机线圈的电阻为R，当该电动机正常工作时，电动机两端电压为U，通过电动机的电流为I，则()图3A.电动机内部的发热功率为I2RB.电动机的机械功率为IUC.电动机的总功率为IUD.电动机机械功率为IU－I2R答案ACD4.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为eq\f(I,2)，则在时间t内产生的热量为()A.4QB．2QC.eq\f(Q,4)D.eq\f(Q,2)答案D解析根据Q＝I2Rt得，当电阻为2R，电流为eq\f(I,2)时，在时间t内产生的热量Q′＝(eq\f(I,2))2×2R×t＝eq\f(1,2)I2Rt＝eq\f(Q,2)，D正确.5.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电炉和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间．比较它们产生的热量，结果是()A.电风扇最多 B．电炉最多C.日光灯最多 D．一样多答案B6.如图1所示的电路中，L1、L2是两个不同的小灯泡，a、b间有恒定的电压，它们都正常发光，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，发生的现象是()图1A.L1亮度不变，L2变暗B.L1变暗，L2变亮C.电路消耗的总功率变小D.流过滑动变阻器的电流变小答案BCD解析滑动变阻器的滑片向右滑动时阻值增大，并联部分的电阻变大，分得电压变大，所以L2两端电压增大，变亮，L1分得电压变小，L1变暗，A错，B对．因为滑动变阻器连入电路的电阻变大，总电阻变大，由P＝eq\f(U2,R)可知，U一定，P减小，即电路总功率减小，C对．又因为总电阻增大，总电流减小，而L2电压变大，电流变大，所以流过滑动变阻器的电流减小，D正确.7.一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内()A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉的功率答案ABD解析电炉属于纯电阻元件，电动机属于非纯电阻元件，对于电炉有：U＝IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R.对于电动机有：U>IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>I2R.8.如图2所示的电路中，电源电压为60V，内阻不计，电阻R＝2Ω，电动机的内阻R0＝1.6Ω，电压表的示数为50V，电动机正常工作，求电动机的输出功率．图2解析电动机正常工作时，电动机两端的电压U0＝50V，此时通过电路中的电流：I＝eq\f(U,R)＝eq\f(E－U0,R)＝5A，电动机的输出功率P出＝U0I－I2R0＝210W.答案210W规律总结电动机的功率电动机的总功率(输入功率)：P入＝UI.电动机的热功率：P热＝I2r.电动机的输出功率(机械功率)：P出＝UI－I2r.电动机的效率：η＝eq\f(P出,P入)＝eq\f(UI－I2r,UI)＝1－eq\f(Ir,U).9.一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内()A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉的功率答案ABD解析电炉属于纯电阻元件，电动机属于非纯电阻元件，对于电炉有：U＝IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R.对于电动机有：U>IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>I2R.10.(纯电阻电路功率的计算)有规格为“220V1000W”的电炉，问它在正常工作时的电阻；如果电压只有200V，求它实际消耗的功率．答案48.4Ω826.4W解析由于电炉是纯电阻电路，故P＝eq\f(U2,R)，则R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(2202,1000)Ω＝48.4Ω当电压为200V时，则实际消耗的功率P′＝eq\f(U′2,R)＝eq\f(2002,48.4)W≈826.4W11.一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后，消耗功率66W．问：(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？(3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？答案(1)0.3A(2)64.2W1.8W97.3(3)11A2420W2420解析(1)因为P入＝IU所以I＝eq\f(P入,U)＝eq\f(66,220)A＝0.3A(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率P内＝I2R＝0.32×20W＝1.8W电风扇