高中物理 第5节焦耳定律精品课件 新人教版选修31.ppt

为什么电视机 电扇通电时间长了会发热 1 电流通过一段电路时 自由电荷在电场力的作用下发生 对自由电荷做功 设一段电路两端的电压为u 通过的电流为i 在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量为 下图 这相当于在时间t内将电荷q由这段电路的一端移动到另一端 从上一章讲的可知 电场力所做的功w 而q it 所以w 定向移动 电场力 q it qu uit 2 不同的用电器 在相同时间里消耗的电能往往不同 这是由它们的不同产生的 电流所跟完成所用的的比值 叫做电功率 通常用表示 功率 做的功 这些功 时间 p 3 电流通过电路做功时 电能全部转化为导体的 用q表示内能 电流通过导体时产生的热量 内能 跟电流的 跟导体的电阻成 跟通电时间成 这一规律叫做焦耳定律 公式表示为 在纯电阻电路中还可以写成 q t 焦耳定律是电流的实验规律 凡计算电热都要用该规律 纯电阻 内能 平方成正比 正比 正比 q i2rt 热效应 1 定义 电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压u 电路中的电流i 通电时间t三者的乘积 2 公式 w qu uit 3 单位 国际单位为焦耳 符号为j 常用单位为千瓦时 kwh 亦称为 度 1度 3 6 106焦耳 4 对电功的理解 从力的角度 电流做功的实质是电场力对电荷做功 从能的角度 电流作功是电能转化为其他形式能的过程 电功的大小量度着电能的转化 它标志着电能转化为其他形式的能 电流做功就是电源做功吗 答案 电流做功是导体中的电场对自由电荷的静电力移动电荷做功 把电能转化为其他形式的能 电源做功是指非静电力把自由电荷由电源负极移至正极做功 把其他形式的能转化为电能 1 概念 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 p iu 3 单位 瓦特 符号w 4 物理意义 表示电流做功的快慢 5 额定功率 概念 用电器在额定电压下工作的电功率 说明 用电器上标注的功率是它们的额定功率 是用电器在额定电压下 或通过额定电流时 长时间正常工作的最大功率 用电器在实际工作时的电功率为实际功率 实际功率可能大于 小于或等于额定功率 为保护用电器 实际功率应小于或等于额定功率 特别提醒 1 用电器正常工作是指在额定电压下工作 用电器在不同电压下工作一般可认为其电阻值不变 2 对于非线性元件 某一状态下的功率应为此时电压和电流的乘积 不同状态时电阻不同 电流通过电路时 因发热而消耗的功率叫热功率 热功率亦即电能转化为内能的功率 即 由公式p iu和还可以推导出一个功率表达式当电阻为r的电动机两端电压为u时 某同学用这个公式计算了它所消耗的电功率 根据这个功率表达式的推导过程 你能说明这位同学错在哪里吗 答案 由p ui和i u r推导出的是有条件的 即必须是纯电阻电路 对非纯电阻电路 电动机 i u r 1 内容 电流通过导体产生的热量 跟电流的平方 导体的电阻和通电时间成正比 2 公式 q i2rt 特别提醒 q i2rt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 1 功是能量转化的量度 同样 电功是电能转化为其他形式的能的量度 电热是电能转化为内能的量度 可见电功与电热是两个不同的物理量 因此电功的定义式是w iut 电热的定义式是q i2rt 2 从能量转化的角度分析 电功与电热的数量关系为 w q 即iut i2rt 特别提醒 在纯电阻电路中 如白炽灯 电炉 电熨斗 电饭锅 电烙铁等构成的电路 电流做功全部转化为内能 电功等于电热 即w q或iut i2rt 在计算电热和电功时 可采用公式中任一形式进行计算 在非纯电阻电路中 如含有电动机 电解槽 给蓄电池充电 日光灯等 电流做功将除转化为内能外 还转化为机械能 化学能等 此时有w q 或iut i2rt 此种情况下 电功只能用公式w iut进行计算 电热q只能用公式q i2rt计算 纯电阻电路中 各串联的部分消耗的功率 有何特点 各并联的部分呢 无论串联和并联 总功率是否等于各部分功率之和 答案 1 串联电路中 i相同 由p i2r可知功率跟电阻成正比 2 并联电路中 u相同 由p 可知功率跟电阻成反比 3 串联电路中 消耗总功率p ui u1 u2 un i u1i u2i uni p1 p2 pn即总功率等于串联各电阻消耗功率之和 4 并联电路中消耗的总功率p ui u i1 i2 in ui1 ui2 uin p1 p2 pn即总功率等于并联各电阻消耗功率之和 误区1 电功与电热混淆 对纯电阻电路与非纯电阻电路区别不清 点拨 纯电阻电路 电流通过用电器是以发热为目的 其电功等于电热 w q 非纯电阻电路 电流通过用电器是以转化为内能以外的其他形式能为目的 发热不是目的 而有难以避免的内能损失 其电功大于电热 w q 不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路 当电动机不转动时 该电路仍为纯电阻电路 欧姆定律仍然适用 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 而只适用于纯电阻的电路c 在不是纯电阻的电路中 ui i2rd 焦耳热q i2rt适用于任何电路 解析 电功率公式 功率越大 表示电流做功越快 对于一段电路 有p iu i 焦耳热 可见q与p u t都有关 w uit是电功的定义式 适用于任何电路 而只适用于纯电阻电路 b选项正确 在不是纯电阻的电路中 电流做的功w q 焦耳热 e 其他形式的能 所以w q 即ui i2r c选项正确 q i2rt是焦耳热的定义式 适用于任何电路中产生的焦耳热 d选项正确 答案 bcd点评 正确区分电功和电热是判断的关键 2009 河北武强高二检测 右图中虚线框内是一个未知电路 测得它的两端点a b之间电阻是r 在a b之间加上电压u 测得流过电路的电流为i 则未知电路的电功率一定是 a i2rb u2 rc uid ui i2r答案 c 解析 选项a b的表达式只适用于纯电阻电路 d项表达式表示在非纯电阻电路中的输出功率 虚线框中不知道是哪种元件 功率p ui总是适用的 c选项正确 如下图 一网络式电路 每个电阻均为r 100 问 1 c d间应联入多大电阻才能使a b间的总电阻与 格子 数目无关 2 若该电路接上380v恒定电源 则电源输出功率为多少 解析 设cd间接入电阻r 若 格子 cdfe的有效电阻 即ef间电阻 也是r 则表示向左跨过一格后的有效电阻的阻值还是r 这样依次类推 a b间的总电阻为r与 格子 数无关 上图 甲 电路可简化为图 乙 乙 答案 1 73 2 2 834w点评 本题看似一复杂电路 据总电阻与 格子数目无关 可画出简化后电路图 图b原来如此简单 本题的创新之处在于能 深入浅出 解决本题的关键在于能画出简化后的电路图 额定电压都是110v 额定功率pa 100w pb 40w的电灯两盏 若接在电压是220v的电路上 使两盏电灯均能正常发光 且电路中消耗功率最小的电路是图中的哪一个 答案 c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 对于a电路 由于ra110v b灯被烧毁 两灯不能正常发光 对于b电路 由于rb ra a灯又并联变阻器 并联电阻更小于rb 所以ub u并 b灯烧毁 对于c电路 b灯与变阻器并联电阻可能等于ra 所以可能ua ub 110v 两灯可以正常发光 比较c d两个电路 由于c电路中变阻器功率为 ia ib 110 而d电路中变阻器功率为 ia ib 110 所以c电路消耗电功率最小 规格为 220v36w 的排气扇 线圈电阻为40 求 1 接上220v电压后 排气扇转化为机械能的功率和发热的功率 2 如果接上电源后 扇叶被卡住 不能转动 求电动机消耗的功率和发热的功率 解析 1 排气扇在220v电压下正常工作电流发热功率p热 i2r 0 16 2 40w 1w转化为机械能的功率p机 p p热 36 1 w 35w 2 扇叶被卡住不能转动后 电机相当于纯电阻 电能全部转化为热能 此时通过排气扇电流电机消耗的功率等于发热功率p p热 i u 5 5 220w 1210w由于发热量很大 将很快烧坏电动机线圈 答案 1 p热 1wp机 35w 2 p机 p热 1210w 电机将被烧坏 点评 电机被卡住不能转动 电能不再转化为机械能 完全转化成内能 如图所示 灯l上标有200w 电动机上标有2000w 在a b两端加上220v的电压时 灯和电动机均正常工作 求电灯正常工作时的电阻 答案 2 解析 已知电灯正常工作时的功率为额定功率200w 若能求出通过电灯的电流 即可求出电灯正常工作时的电阻 设a b间总电流为i a b间总电压u 220v a b间消耗总功率p 200w 2000w 2200w 因为p ui 所以由il i 所以r 晚上用一盏灯照射蔬菜 设蔬菜的受光面积为5m2 到灯泡的平均距离为2m 发现一晚 12小时 上放出6 48升氧气 而绿色植物在光合作用中每吸收1kj的太阳能可以放出0 05l氧气 设灯泡将电能转化为光能的效率为75 其他损失不计 这盏灯泡的功率为 w 解析 首先根据一晚上放出氧气的体积 计算出所需的光能 这些光能只是灯泡发出的总光能的一部分 即蔬菜5m2面积上获得的光能 根据能量与接收到光能的面积的比例关系可计算出结果 蔬菜放出6 48l氧气需要光能量 设这盏灯的电功率为p 则一晚上转化得到的总光能为 e总 p 12 3600 由比例关系 即 p 40w答案 40 点评 此题关键是认识到灯泡发光是四周空间的 在以光源为球心 半径为2m的球面上光照强度相等 蔬菜受光面应看做是这个球面上的一块面积 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移动 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 若载人时扶梯的移动速度和不载人时的移动速度相同 则这台自动扶梯可同时承载的最多人数是多少 设人的平均质量为60kg g 10m s2 答案 25人 解析 由p ui可计算出扶梯在空载时消耗的功率为p0 ui 380 5 1900 w 载人最多时电动机的功率为p p0 p人 其中p为额定功率 p人 p p0 4900 1900 3000 w 这是电动机用以载人的最大功率 由功率的计算公式p fvcos 可得p人 nmgvsin30 代入数据可得 n p人 mgvsin30 25人 用下边提供的器材测量小电动机的输出功率 器材 电压表 电流表 滑动变阻器 电源 开关和导线等 1 在图中画出你设计的电路图 已知电动机内阻与电流表内阻相同 滑动变阻器限流作用不大 电动机 电源和开关已画出 2 若闭合电键后 调节滑动变阻器 电动机未转动时电压表的读数为u1 电流表的读数为i1 又调节滑动变阻器 电动机转动后电压表的读数为u2 电流表的读数为i2 则此时电动机的输出功率为多少 解析 1 根据条件 电动机内阻与电流表内阻相同 应采用电流表外接法 滑动变阻器限流作用不大 应采用分压式接法 故画出电路如图所示 2 电动机未转时可测出内电阻 转动后的输出功率点评 电动机在不转时可看成纯电阻 转动时不能看成纯电阻 如图所示是电饭煲的电路图 s1是一个限温开关 手动闭合 当此开关的温度达到居里点 103 时会自动断开 s2是一个自动温控开关 当温度低于70 时会自动闭合 温度高于80 时会自动断开 红灯是加热状态时的指示灯 黄灯是保温状态时的指示灯 限流电阻r1 r2 500 加热电阻丝r3 50 两灯电阻不计 1 根据电路分析 叙述电饭煲煮饭的全过程 包括加热和保温过程 2 简要回答 如果不闭合开关s1 电饭煲能将饭煮熟吗 3 计算加热和保温两种状态下 电饭煲消耗的功率之比 答案 1 见解析 2 不能 因为只能加