高中物理 第二章 恒定电流 2.5 焦耳定律知识导航学案 新人教版选修3-1.doc

5 焦耳定律课标解读1.理解电功的概念,知道电功是指静电力对自由电荷所做的功,掌握电功的公式并能进行有关运算.2.理解电功率的概念和公式,并能进行有关运算.3.知道电功率和热功率的区别与联系,能区分电功和电热.课前思考1.在日常生活中,经常会用到家用小电器,例如电吹风、电熨斗等,它们都会分为几挡,像电吹风可以吹凉风、暖风和热风;电熨斗可以熨丝绸、棉、麻等不同的衣物.你知道它们的变挡原理吗?答案：每一挡接入电路中的用电成分都不同,例如电吹风在吹凉风时只有电动机接入电路,吹热风时又并联了一个电热丝,因此调挡位实质上就是调节接入电路中的不同部分.2.将两个分别标有“220 v 30 w”和“220 v 100 w”的灯泡分别并联和串联在电路中,你会发现什么现象?能解释这个现象吗?答案：并联时,灯泡两端的电压都是220 v,正常发光,“220 v 100 w”的比“220 v 30 w”的要亮；串联时,由于“220 v 30 w”的电阻比“220 v 100 w”的电阻大,分得的电压也大,所以比较亮.这种情况不在额定电压下,不属于正常工作.自主研学1.电功:电流做功,就是导体中的_对_的静电力在做功,驱动自由电荷做定向移动,其结果是电荷的_减少,而其他形式的能增加.电流做的功简称电功.计算公式:用w表示电功,_,表示电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压u、电流i、通电时间t三者的乘积.单位有:焦耳(j)、千瓦时(kwh),也叫度.在纯电阻电路中电功的公式还有:w=i2rt=.2.电功率:单位时间内电流所做的功叫做_.计算公式:用p表示功率,p=_,表示电流在一段电路上做功的功率等于电流i与这段电路两端的电压的乘积.单位有:瓦特(w)、千瓦(kw).纯电阻电路中公式可以为:p=i2r=.3.焦耳定律:电流通过_电路做功时,电能全部转化为导体的内能,用q表示内能.电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的_成正比,跟导体的电阻成_比,跟通电时间成_比,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=u2rt.焦耳定律是电流热效应的实验规律,凡计算电热都要用该规律.4.电热功率:电热功率是描述电流做功产生电热的_程度的物理量,公式:p=i2r.三点剖析1.对电功的理解应注意以下几点:(1)电路中保持持续电流的过程,就是电场力移动自由电荷不断做功的过程.电场力做了多少功(也说电流做了多少功),就有多少电能转化为其他形式的能.如电炉、白炽灯工作就是电能转化为内能,电动机工作就是电能转化为机械能.(2)电功与电热的关系 电功是从电场理论出发的概念,是减少的电势能的量度,因此不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路,w=uit(p=ui)都是成立的.电热是电流流经电路时,在电路中引起的发热现象,是被电功所转换的电势能中的一部分,焦耳定律是由实验总结出来的,专门计算电热: q=i2rt(p内=i2r) 对于非纯电阻电路,消耗的电能一部分转化为内能,一部分转化为其他形式的能,即uit=i2rt(电热)+其他形式的能,因此,p=uii2r. 只有在纯电阻电路中,才有w=uit=i2rt=. 总之,用uit来计算电功,在任何条件下都是可以的,用i2rt来计算电热,在任何情况下也都是可以的,但要使uit=i2rt=,就只有在纯电阻电路中才行.2.额定功率和实际功率 用电器正常工作时所消耗的功率叫额定功率.当用电器两端电压达到额定电压u额时,电流达到额定电流i额,电功率也达到额定功率p额,且p额=u额i额.对于纯电阻用电器,p额=i额2r=u额2/r.如果加在用电器两端的电压小于额定电压时,用电器所消耗的功率(实际功率)就小于额定功率.灯泡的亮度是由其实际消耗的电功率决定的,实际功率不能长时间超过额定功率.精题精讲例1 直流电动机线圈的电阻为r,当电动机正常工作时,通过的电流为i,电机两端电压是u,则电动机的热功率为_,消耗的功率为_,对外输出机械功率为_.思路解析 此电路不是纯电阻电路,所以i=不再适用,电热功率只能写成i2r,消耗电能总功率只能写成iu. 由能量守恒得机械功率为(iu-i2r).答案：i2r iu iu-i2r黑色陷阱 在非纯电阻电路中,电流做的功并没有完全把电能转变成内能,在高中阶段认识的非纯电阻电路有含电动机的电路和含有电解槽的电路.图2-5-1例2 某一用直流电动机提升重物的装置,如图2-5-1所示,重物质量m=50 kg,电源的电压为u=110 v,不计电源内阻及各处摩擦,当电动机以v=0.90 m/s的恒定速度向上提升重物时,电阻中的电流i=5 a,由此可知电动机的线圈的电阻r为多少?思路解析 电动机消耗的总能量一部分用于提升重物的机械能,一部分消耗在电动机线圈电阻发热上.p电=p机+p热,其中p电=iu,p机=mgv,p热=i2r,所以有iu=mgv+i2r 所以r=4.4 .答案：4.4 黑色陷阱 在非纯电阻电路中不能使用欧姆定律,即r.例3 一根电阻丝,在通过2 c的电荷量时电功为8 j,若在相同的时间内通过4 c的电荷量,求电阻丝上的电流做的功和所加的电压分别是多少?思路解析 设电阻丝的电阻为r,据w=uit=uq得:8=u12,所以u1=4 v 在相同时间内通过的电荷量变为原来的2倍. 据i=知,i2=2i1,又据欧姆定律i=得u2=2u1=8 v. 电流做的功w2=u2i2t=4w1=48 j=32 j.答案：32 j 8 v绿色通道 要熟练掌握以下几个公式,并理解它们的意义和关系:电功w=qu=uit 电流i= 欧姆定律i= 其中式为计算电功的普遍公式;式为电流的定义式,普遍适用;式只适用于纯电阻电路.例4 规格为“220 v 36 w”的排气扇,线圈电阻为40 ,求:(1)接上220 v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.思路解析(1)排气扇在220 v电压下正常工作电流i= a=0.16 a 发热功率p热=i2r=(0.16)240 w=1 w 转化为机械能的功率p机=p-p热=(36-1) w=35 w.(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i= a=5.5