人教高二物理选修31课件第二章恒定电流第5节焦耳定律

1、第二章 恒定电流,第五节 焦耳定律,本节课是有关电路中能量问题的讨论，教学中可用类比的方法向学生说明：电场力对自由电荷做功，电势能转化为动能，这相当于物体在真空中自由下落时，重力势能转化卫生动能，并通过视频对灯泡工作功率进行演示，培养学生观察能力和利用实验分析和处理实际问题的能力。同时在教学中还应对灯泡额定功率与额定电压的物理意义，额定功率与实际功率的区别进行说明，突出能量守恒思想及研究热效率的意义以及联系实际能力的培养。,1. 理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。 2了解电功和电热的关系。了解认识焦耳定律，能用其表达式进行计算。 3知道非纯电阻电路中电能与其他形式

2、能转化关系，电功大于电热。 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。 重点：区别并掌握电功和电热的计算。 难点：电路中纯电阻电路和非纯电阻电路的判断。,用电器是用电来工作的器具，它们的共同特点是要消耗电能，靠电流做功来工作。 zxxk,功能多样的用电器,电流做功的过程，实际就是电能转化为其他形式能量的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。,5,W=qU,q=It,W=UIt,一、电功和电功率,如图所示，一段电路两端的电压为U ，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I 。,在时间t 内通过

3、这段电路上任一横截面的电荷量q 为：,在这个过程中电场力做的功为：,将q 代入得：,在这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，简称电功。,1. 电功,（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，就是电流所 做的功，简称电功。,（3）单位：焦耳，简称焦，符号是 J。,千瓦时，俗称“度”，符号是 kWh。,1 kWh = 1000 W3600 s = 3.6106 J,（2）定义式：,电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流 I 和通电时间 t 三者的乘积。,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。,（2）意义：电功率表示电流做功

4、的快慢。,（3）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫 瓦（mW），千瓦（kW）。,（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。组卷网,1 kW103 W106 Mw = 103 MW,3. 额定功率和实际功率,用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率。 用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。,为什么有些用电器通电后会发热呢？,在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能。,电烙铁,电熨斗,电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么热，为什

5、么？,通过观察视频，了解电阻产生的热量和通电电流之间的关系。,这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。,1. 电流通过导体时产生的热量 Q 等于电流 I 的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积，即：,2. 热功率 ：一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。,二、焦耳定律,1. 纯电阻电路：只含有电阻的电路。如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。,2. 非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路。,焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。,设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为 R，通过的电流为I，试

6、计算在时间 t 内电流通过此电阻产生的热量 Q。,据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为：U = IR,在时间t内电场力对电阻元件所做的功为：W = IUt = I2Rt,由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W 等于电热Q,如果电路不是纯电阻电路，电功仍为 W=IUt，电阻上产生的热量仍为 Q = I2Rt，但此时电功比电阻上产生的热量大。,纯电阻电路,I = U/R,M,非纯电阻电路,I U/R,欧姆定律不适用于非纯电阻电路！,纯电阻电路与非纯电阻电路,解: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: W =(IU I2R )t =(5220 520.4)6

7、0 J =6.5104 J。,例1. 一个电动机，线圈电阻是 0.4 ，当它两端所加的电压为 220 V时，通过的电流是 5 A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少?,答案：6.5104 J,一、电功率与热功率,1. 区别 电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积。 热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。,2. 联系 对纯电阻电路，电功率等于热功率。 对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和。,“负荷”是对用电器功率特征的一种习惯称谓。通常说“负

8、荷”大，是指用电器的功率大，并不是用电器的“电阻”大。在一般情况下，“负载”大的用电器电阻反而小。 如“220 V60 W”与“220 V100 W”的两个灯泡，后者功率较大，电阻却较小。,二、“负荷”与“电阻”的区别,家庭电路中同时使用功率过大的用电器可能引起火灾,例2. 取一个玩具小电机 ，其内阻 R = 1.0 ，把它接在如图所示的电路中。 （1）先夹住电动机轴，闭合开关，电机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为 0.50 V，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。 （2）再松开夹子，使小电机转动，调整滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为 2.0 V（此电压

9、为小电机的额定电压），记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率，并加以比较。,解：（1）电机不转时，U = 0.50 V，I = 0.50 A， P电 = UI = 0.500.50 W = 0.25 W P热 = I2R = 0.5021.0 W = 0.25 W P电 = P热 （2）电机转动时，U = 2.0 V，I = 0.40 A， P电 = UI =2.00.40 W = 0.80 W P热 = I2R =0.4021.0 W = 0.16 W P电P热,答案：（1）P电 = P热 （2） P电P热,例3. 对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（ ）,CD,A. P = I2R,B. P = U2/R,C. P =UI,D. P = W/ t,1. 规格为“220 V 1000 W”的电炉，求： （1）电炉正常工作时，通过电阻丝的电流； （2）电炉的电阻 。,解：（1）由P = UI 知，电炉正常工作时： I额 = P额 /U额 =1000/220 A4.5 A。 （2）电炉的电阻： R = U额2 /P额 = 2202 /1000 = 48.4 。,答案:（1）4.5 A (2) 48.4,2. 如图所示的电路中，三电阻串联，其阻值 R1= 2 ，R=