2019_20学年高考物理主题2电路及其应用5焦耳定律课件（必修）.pptx

5 焦耳定律,主题2 电路及其应用,学科素养与目标要求,物理观念： 1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念. 2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别. 科学思维： 1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算. 3.通过有关实例，让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,一、电功和电功率,1.电功 (1)电功是指电路中 力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是 能转化为其他形式能的过程. (2)电功的计算公式：W . 单位： ，符号为 . 常用的单位：千瓦时(kWh)，也称“ ”，1 kWh J.,静电,电,IUt,焦耳,J,度 3.6106,2.电功率 (1)定义：单位 内电流所做的功. (2)公式：P . (3)单位： ，符号为 . (4)意义：表示电流做功的 .,时间,UI,瓦特,W,快慢,二、焦耳定律,1.焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟导体的 及 成正比. (2)表达式：Q . 2.热功率 (1)定义： 内的发热量称为热功率. (2)表达式：P . (3)物理意义：表示电流 的物理量.,电流的二次方,电阻,I2Rt,通电时间,单位时间,I2R,发热快慢,即学即用,1.判断下列说法的正误. (1)电功率越大，表示电流做功越多.( ) (2)电功WUIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.( ) (3)电热QI2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.( ) (4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.( ),2.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 ， 则在时间t内产生的热量为_.,解析 根据QI2Rt得，电阻变为原来的2倍，,重点探究,一、电功和电热的理解,电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？,导学探究,答案 电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转化为内能.,1.电功和电功率 WUIt是电功的计算式，PUI是电功率的计算式，适用于任何电路. 2.电热和热功率 QI2Rt是电热的计算式，P热I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率. 3.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)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. (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能.,知识深化,4.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较,例1 (多选)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.WUIt适用于任何电路，而WI2Rt t只适用于纯电阻电路 C.在非纯电阻电路中，UII2R D.焦耳热QI2Rt适用于任何电路,可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误.,B正确.,在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，即UII2R，C正确.,QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确.,二、纯电阻电路中的功率分配及计算,2.串、并联电路中的功率关系,3.额定功率和实际功率 (1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫做额定功率.当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率. (2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率.,例2 (2018西安高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内 A.由QI2Rt可知，电炉的发热量减小 B.由QUIt可知，电炉的发热量不变 C.由Q t可知，电炉的发热量增大 D.无法确定,解析 将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，因此由公式Q t可知，在相同时间t内，电炉的发热量Q增大，选项C正确.,例3 额定电压都是110 V、额定功率PA100 W、PB40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是,解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有PUI ，可知RARB. 对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110 V，B灯被烧毁，UA110 V，A灯不能正常发光. 对于B电路，由于RBRA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU并，B灯被烧毁，A灯不能正常发光. 对于C电路，B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，两灯可以正常发光. 对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110 V，两灯可以正常发光.,比较C、D两个电路，当灯A、B均正常发光时，由于C电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，而D电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，所以C电路消耗电功率最小.,三、非纯电阻电路功率的分析与计算,1.电动机的功率和效率 (1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入UI. (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热I2r. (3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出IUI2r.,2.串、并联电路的总功率 (1)串联电路：P总U总I(U1U2U3)IP1P2P3 (2)并联电路：P总UI总U(I1I2I3)P1P2P3 从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.,例4 (2018九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A. (1)求这台电动机的内阻；,解析 电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r,答案 0.5 ,(2)求电动机正常工作时的输出功率；,解析 电动机正常工作时电路为非纯电阻电路， 消耗的总功率P总UI21 W2 W 线圈内阻的热功率P热I2r120.5 W0.5 W 则电动机正常工作时的输出功率P出P总P热2 W0.5 W1.5 W,答案 1.5 W,(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？,解析 电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率,答案 8 W,例5 小型直流电动机(其线圈内阻为r1 )与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R5 的电阻串联，然后接至U12 V的电源上，如图1所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求： (1)通过电动机的电流；,答案 0.6 A,图1,流经电动机的电流IIRIL0.6 A.,(2)电动机的输出功率P出；,解析 电动机消耗的总功率PULI40.6 W2.4 W 电动机的热功率P热I2r(0.6)21 W0.36 W 电动机的输出功率P出PP热2.4 W0.36 W2.04 W,答案 2.04 W,(3)电动机的效率.,答案 85%,学科素养 通过以上两题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式，并能区别应用电功率、热功率的相关公式进行相关计算，充分体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.,针对训练 如图2所示，有一内电阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则 A.电解槽消耗的电功率为120 W B.电解槽的发热功率为60 W C.电解槽消耗的电功率为60 W D.电路消耗的总功率为60 W,图2,解析 灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流II灯 A，则电解槽消耗的电功率PP灯60 W，A错，C对； 电解槽的发热功率P热I2R内1.3 W，B错； 整个电路消耗的总功率P总220 W120 W，D错.,达标检测,1.(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是,1,2,3,4,解析 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用PUI来计算，C正确.,图3,2.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流且正常工作，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消耗的功率,1,2,3,4,3.(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足 A.R29R1 B.R26R1 C.R23R1 D.R1R2,图4,1,2,3,4,解析 设每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1PR2，即(3I)2R1I2R2，故R29R1，所以选项A正确.,4.(非纯电阻电路功率的计算)(2018清华附中期中)小电瓶车的电源电动势为12 V，电源内阻不计，电动机线圈电阻为1 ，当它以5 m/s的速度在水平地面匀速行驶时，受到的摩擦力为7.2 N，求此时通过电动机线圈的电流.,1,2,3,4,答案 6 A,解析 电瓶车匀速运动时，FFf7.2 N， 由PFv可知，电瓶车输出功率：P7.25 W36 W， 电动机的输出功率P出UII2r36 W， 代入数据得：12II236 计算得出：I6 A.,课时对点练,一、选择题 考点一 电功、电功率 1.室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器.如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不能同时使用的是 A.电饭煲和电冰箱 B.取暖器和空调器 C.电饭煲和空调器 D.电冰箱、电视机和空调器,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 电路中允许的最大功率为PmUI2 860 W.用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故C正确.,2.如图1所示为某两个电阻的UI图象，则电阻之比R1R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1P2分别是 A.21 21 12 B.21 12 21 C.12 12 21 D.12 21 12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图1,3.(多选)有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6 V，额定功率分别为6 W、3 W，将它们接在电路中，下列说法正确的是 A.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 W B.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W C.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 W D.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 当两灯泡串联时，电流相等，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,要使两灯泡不致被烧坏，电路中的最大电流为0.5 A，最大功率为PmaxI22R1I22R24.5 W，故A错误，B正确； 当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6 V时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9 W，故C正确，D错误.,4.A、B为“220 V 100 W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220 V 40 W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图2所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为 A.PAPB，PCPD B.PAPDPBPC C.PDPAPBPC D.PBPCPDPA,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,因为IAID，根据PI2R知，PDPA. 流过A、D的电流大于流过B、C的电流， 由PI2R知，PAPB，PDPC，所以PDPAPBPC.,图2,考点二 焦耳定律、热功率 5.关于电功W和电热Q的说法正确的是 A.在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，且WQ B.在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，但W不一定等于Q C.WUIt、QI2Rt均只有在纯电阻电路中才成立 D.WUIt在任何电路中都成立，QI2Rt只在纯电阻电路中才成立,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，QI2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路，则WQ，在非纯电阻电路中WQ，B对，A、C、D错.,考点三 纯电阻、非纯电阻电路 6.有一台电风扇，额定电压为220 V，额定电功率为50 W，线圈电阻为0.4 .当电风扇在额定电压下工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,B.QPt5060 J3 000 J,解析 电风扇正常工作时产生的热量是由于线圈发热产生的，所以每分钟产生的热量为QI2Rt1.24 J，A正确.,7.(多选)(2018山师附中期末)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干.设电动机线圈的电阻为R1，它与电阻为R2的电热丝相串联，接到直流电源上，电吹风两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是 A.IU P B.IUP C.PI2(R1R2) D.PI2(R1R2),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 根据题意可知，通过电吹风的电流为I，它两端的电压为U，所以它消耗的电功率PUI，A项错误，B项正确； 电吹风内部有两部分电阻，一是电热丝的电阻，二是电动机线圈的电阻，所以热功率为I2(R1R2)，因为有一部分电能转化为电动机的机械能，所以PI2(R1R2)，C项正确，D项错误.,8.(2018河北正定中学段考)一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(电源内阻忽略不计)，均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是 A.电饭煲的电阻为44 ，洗衣机电动机线圈的电阻为440 B.电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W C.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6103 J D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 由于电饭煲是纯电阻用电器，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,其在1 min内消耗的电能W1UI1t6.6104 J，,其在1 min内消耗的电能W2UI2t6.6103 J， 其热功率P热P2，而P110P2， 所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍，只有选项C正确.,解析 电动机是非纯电阻，其两端电压U2IRU1，B错； 电流做的功W1IU1t，W2IU2t，因此，W1W2，C错； 产生的热量由QI2Rt可判断Q1Q2，A对，D错.,9.电阻R和电动机 串联接到电路中，如图3所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作.设电阻R和电动机 两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有 A.U1U2，Q1Q2 B.U1U2，Q1Q2 C.W1W2，Q1Q2 D.W1W2，Q1Q2,图3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,二、非选择题 10.(2017启东中学高一下期末)如图4所示，M为电动机，N为电炉子，电炉子的电阻R4 ，电动机的内阻r1 ，恒定电压U12 V.当S1闭合、S2断开时，理想电流表A示数为I1；当S1、S2同时闭合时，理想电流表A示数为I25 A.求： (1)理想电流表的示数I1及电炉子发热功率；,图4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案 3 A 36 W,解析 电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,其发热功率为：PRI12R324 W36 W；,(2)电动机的输出功率.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 当S1、S2同时闭合时，流过电动机的电流为： I3I2I12 A， 电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得： UI3P出I32r， 代入数据解得