重庆市万州区分水中学高中物理 第二章 第6讲 焦耳定律教学案 新人教版选修31(1).doc

重庆市万州区分水中学高中物理 第二章 第6讲 焦耳定律教学案 新人教版选修3-1目标定位1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别一、电功和电功率1电功：如果电路左右两端的电势差是u，在电荷q从左端移到右端的过程中静电力做的功是wqu，把qit代入得wiut，这表示，电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压u、电路中的电流i、通过时间t三者的乘积2电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率用p表示电功率，则有p，进而得到piu，单位：瓦特(w)想一想电流做功越多，电功率越大吗？答案电功率是指电流单位时间内做的功，电流做功多，由于时间不确定，所以电功率不一定大二、焦耳定律1电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能电流在这段电路中做的功w就等于这段电路发出的热量q，即qwiut.2焦耳定律：由欧姆定律uir代入qiut后可得热量q的表达式qi2rt，即电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比这个关系最初是焦耳用实验直接得到的，我们把它叫做焦耳定律3热功率：单位时间内的发热量通常称为热功率，其表达式为：pi2r.想一想电风扇、电冰箱消耗的电能等于i2rt吗？电冰箱消耗的电能转化成什么形式的能量了？答案不等于；电风扇、电冰箱消耗电能没有全部转化为热能，有大部分转化为了机械能，小部分转化为了电热.一、电功和电功率1电功：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、通电时间t三者的乘积，公式为wuit.电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少量2电功率的表达式为pui，反映了电流做功的快慢例1将两个定值电阻r1、r2并联在电压为u的电源两端，r1消耗的功率为p1，r2消耗的功率为3p1，当把它们串联在电压为4u的电源两端时，下列说法正确的是()ar1两端的电压为ubr2消耗的功率变小c通过r2的电流变小d两个电阻消耗的总功率为12p1答案d解析当r1、r2并联在电压为u的电源两端时，两电阻两端的电压为u，根据pui，功率之比等于电流之比，根据并联电路电流和电阻的关系，可知：r13r2；当把它们串联在电压为4u的电源两端时，电路中的电流i，故通过r2的电流不变，电压不变，所以r2的电功率不变，仍为3p1，故b、c错误；r1两端的电压u1ir13r23u，故a错误；两个电阻消耗的总功率pui4u12p1，故d正确例2a、b为“220 v,100 w”的二盏相同的灯泡，c、d为“220 v,40 w”的相同灯泡，a、b灯的电阻为_ ；c、d电阻为 _ .现将四盏灯泡接成如图261所示电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为pa、pb、pc、pd则实际功率的大小顺序是_答案4841 210pdpapbpc解析根据r得：rarb484 ，rcrd1 210 ；由电路图可知，b、c并联，所以电压相等，根据p可知：pbpc，a、d串联，电流相等，根据pi2r可知，pdpa；a、d的电流大于b、c的电流，根据pi2r可知：papb，pdpc；所以pdpapbpc.二、电热(焦耳定律)和热功率1电功的计算公式为wuit，电功率的计算公式为pui.电热的计算公式为qi2rt(焦耳定律)，热功率的计算公式为p热i2r.2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3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，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能4纯电阻电路中：wquiti2rttpp热uii2r非纯电阻电路中：wuitqi2rtpuip热i2r例3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bwuit适用于任何电路，而wi2rtt只适用于纯电阻电路c在非纯电阻电路中，uii2rd焦耳热qi2rt适用于任何电路答案bcd解析电功率公式p，表示电功率越大，电流做功越快对于一段电路，有piu，i，焦耳热q()2rt，可见q与p、u、t都有关，所以p越大，q不一定越大，a错wuit是电功的定义式，适用于任何电路，而i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wq，即uii2r，c对qi2rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，d对图262例4如图262所示的电路中，电源电压为60 v，内阻不计，电阻r2 ，电动机的内阻r01.6 ，电压表的示数为50 v，电动机正常工作，求电动机的输出功率答案210 w解析电动机正常工作时，电动机两端的电压u050 v，此时通过电路中的电流：i5 a，电动机的输出功率p出u0ii2r0210 w.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uii2r.电动机的效率：1.说明：注意区分电动机的几种功率，从能量守恒角度去分析和考虑电动机问题电功率和热功率1一台电动机，额定电压为100 v，电阻为1 .正常工作时，通过的电流为5 a，则电动机因发热损失的功率为()a500 w b25 w c1 000 w d475 w答案b解析电动机的热功率pi2r521 w25 w，b正确，a、c、d错误电功和电热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()a4q b2q c. d.答案c解析根据qi2rt得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的，时间不变，则热量变为原来的.c正确非纯电阻电路的特点及有关计算图2633如图263所示是一直流电动机工作时的电路图电动机内阻r0.8 ，电路中另一电阻r10 ，直流电压u160 v，电压表示数uv110 v试求：(1)通过电动机的电流；(2)输入电动机的电功率；(3)电动机输出的机械功率答案(1)5 a(2)550 w(3)530 w解析(1)由电路中的电压关系可得电阻r的分压uruuv(160110) v50 v通过电阻r的电流ir a5 a即通过电动机的电流imir5 a.(2)电动机的分压umuv110 v输入电动机的功率p入imum550 w.(3)电动机的发热功率p热ir20 w电动机输出的机械功率p出p入p热530 w(时间：60分钟)题组一电功和电功率1关于电功，下列说法中正确的有()a电功的实质是静电力所做的功b电功是电能转化为其他形式能的量度c静电力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大d电流通过电动机时的电功率和热功率相等答案ab2关于四个公式pui；pi2r；p；p，下列叙述正确的是()a公式适用于任何电路的电功率的计算b公式适用于任何电路的热功率的计算c公式适用于任何电路电功率的计算d以上均不正确答案ab解析pui、p适用于任何电路的电功率的计算，而pi2r、p只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故a正确，c错误pi2r适用于任何电路的热功率的计算，pui、p只适用于纯电阻电路的热功率的计算，故b正确3两个精制电阻，用锰铜电阻丝绕制而成，电阻上分别标有“100 ，10 w”和“20 ，40 w”，则它们的额定电流之比为()a.5 b.20 c.10 d12 000答案c解析由公式pi2r得：i ，所以i1i210.4额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，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电烙铁最多c日光灯最多 d一样多答案b解析在三种用电器中，只有电烙铁能将电能全部转化为内能，电风扇部分电能转化为机械能，日光灯部分电能转化为光能，故b选项正确5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()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灯又并联变阻器，并联电阻更小于rb，所以ubu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uaub110 v，两灯可以正常发光对于d电路，若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，由于c电路中变阻器功率为(iaib)110 v，而d电路中变阻器功率为(iaib)110 v，所以c电路消耗电功率最小6两盏额定功率相同的灯泡a和b，其额定电压uaub，则下列说法正确的是()a两灯正常发光时，灯泡的电流iaibb两灯电阻rarbc将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率papbd将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率parb，由pui可知额定电流iapb；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知p，所以papb.题组二非纯电阻电路及焦耳定律7有一内阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 v60 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 wb电解槽消耗的电功率为60 wc电解槽的发热功率为60 wd电路消耗的总功率为60 w答案b解析灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 v电压，且流过电解槽的电流ii灯 a a，则电解槽消耗的电功率piup灯60 w，a选项错误，b选项正确；电解槽的发热功率p热i2r1.3 w，c选项错误；电路消耗的总功率p总iu总220 w120 w，d选项错误图2648如图264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()a电动机内部发热功率为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iui2r答案acd9下面列出了不同品牌的电视机、电风扇、空调机和电冰箱铭牌上的主要项目，试判断(1)正常工作时，其中功率最大的是()a54 cm彩色电视接收机：工作电压170 v240 v；工作频率50 hz；额定功率85 wbbc65b电冰箱：额定电压220 v；工作频率50 hz；额定功率70 w；耗电量：0.5 kwh/24 hcfs69电风扇：规格400 mm；额定电压220 v；工作频率50 hz；额定功率65 wdkfr33gw空调机：额定电压220 v；工作频率50 hz；制冷/制热电流6.2 a(2)根据上题铭牌上提供的信息，判断在12 h内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是()a电冰箱比电风扇多b电风扇比电冰箱多c电风扇与电冰箱一样多d电冰箱比电风扇可能多，也可能少答案(1)d(2)b解析(1)根据题意得：正常工作时电视机的功率为85 w，电冰箱的功率为70 w，电风扇的功率为65 w，空调机的功率为pui1 364 w，因此，功率最大的是空调机(2)依据电冰箱铭牌可知，电冰箱在12 h内消耗电能为0.25 kwh，而电风扇在12 h内消耗电能为wpt0.78 kwh，故b选项正确图26510如图265所示，电阻r120 ，电动机的绕组的电阻r210 .当电键打开时，电流表的示数是0.5 a，当电键合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数i和电路消耗的电功率应是 ()ai1.5 a bi1.5 acp15 w dp15 w答案bd解析电路两端的电压为：ui1r10.5 a20 10 v电动机是非纯电阻用电器，ui2ir2，所以i21 a电流表的示数ii1i21.5 a，a错误、b正确电路总功率为pu(i1i2)15 w，c错误、d正确题组三综合题组11用稳压电源和三根电阻丝r1、r2、r3来加热一桶水，三根电阻丝采用如图所示的几种连接方式，则供热最快的是()答案c解析a选项总电阻为r3，b选项总电阻为r1r2r3，c选项的总电阻小于r1、r2、r3三个电阻的任何一个电阻，d选项的总电阻大于r3，e选项的总电阻大于r1，可知c选项的总电阻最小，根据p知，功率最大，供热最快故c正确12功率为10 w的发光二极管(led灯)的亮度与功率为60 w的白炽灯相当根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰假设每户家庭有2只60 w的白炽灯，均用10 w的led灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近()a8108 kwh b81010 kwhc81011 kwh d81013 kwh答案b解析按每户一天亮灯5小时计算，每户一年节省的电能为(260210)1035365 kwh182.5 kwh，假设全国共有4亿户家庭，则全国一年节省的电能为182.54108 kwh7.31010 kwh，最接近b选项，故选项b正确，选项a、c、d错误13规格为“220 v36 w”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 v的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上(1)中电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率答案(1)35 w1 w(2)1 210 w1 210 w解析(