河北师大附中高中物理 第二章第五节 焦耳定律精品课件 新人教版选修31.ppt

2 5焦耳定律 河北师大附中李喜昌 unit2恒定电流 灯泡接入电路中时 灯泡和电线中流过相同的电流 灯泡和电线都要发热 可是实际上灯泡热得发光 电线的发热却觉察不出来这是为什么 假如在照明电路中接入大功率的电炉 电线将显著发热 有可能烧坏它的绝缘皮 甚至引起火灾 这又是为什么 导体中有电流通过的时候 导体要发热 这种现象叫做电流的热效应 a 电流流过电炉b 电流流过电解槽c 电流流过电风扇 电能转化为热能 电能转化为化学能和热能 电能转化为机械能和热能 电能转化为其它形式的能电流做功 w qu q it w uit 恒定电场对自由电荷的静电力作正功 电势能减小 其它形式的能增加 适用于任何用电器 提高认识 1 电流做功的本质是静电力做功 2 根据静电场的电势差的定义式推出电流做功的表达式 w uit 纯电阻电路 2 度量方式 电势能减小量在数值上等于电功 5 单位换算 j1kwh 3 6 106j 1 引入目的 量度电能转化为其它形式的能的多少 3 决定因素 电功与通过用电器的电量 通过用电器的电流和通电时间 和用电器两端的电压成正比 4 矢量标量 标量 6 测量方法 电能表 伏安法等 2 度量方式 1 引入目的 反映电流 静电力 做功的快慢程度 3 决定因素 电功率与通过用电器的电流和用电器两端的电压成正比 5 单位换算 w1kw 103w 4 矢量标量 标量 6 测量方法 电压表和电流表 2 理论和实验依据 1 研究内容 电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关系 1 焦耳最早通过实验证明 2 理论推导 3 三种表述 1 文字表述 电流通过某导体 在时间t内产生的热量 跟电流的平方 导体的电阻和通电时间成正比 2 公式表述 4 适用条件 任何用电器 1 器材 玩具电机1台 干电池2节 电压表和电流表各1只 导线若干 2 实验目的 请设法测出电风扇的直流电阻 以及电动机工作时总功率 电功率 和输出的机械功率 3 实验步骤 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 闭合电键 电机不转 调整滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为0 50v 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 0v 此电压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 转动 3 0 08 3 0 1 30 30 0 24 0 3 0 192 0 3 0 048 0 分析该电动机在不同情况下 电功率与热功率及机械功率之间关系 从能量守恒角度加以解释 4 数据处理 纯电阻电路 非纯电阻电路 电能w 电能w q i2rt w uit i u r m i u r 电功 w uit 电热 q i2rt 电功率 p ui 热功率 p热 i2r 运转 卡住 内能q 焦耳定律 电热 内能q 其它形式的能 w uit q i2rt 电功等于电热 电功大于电热 例1 要使 110v 40w 110v 100w 的两种灯泡接在220v的电路中都能正常发光 选择哪个电路 哪个最省电 可以 可以 正常发光 达到额定电压 额定电流 省电 例2 一台电风扇 内阻为20 接上220v电压后 消耗的功率是66w 求 1 电风扇正常工作时通过电动机的电流强度 2 电风扇正常工作时转化为机械能和内能的功率 电机的效率 3 如果接上电源后 扇叶被卡住 不能转动 求这时通过电动机的电流 以及电动机消耗的电功率和发热功率 分清输入电功率 消耗热功率 输出机械功率及它们之间的守恒关系是关键 电热 1 电功w定义 在一段电路中电场力所做的功 也就是通常说的电流所做的功 简称电功 公式 w uit单位 j 2 电功率p定义 单位时间内电流所做的功叫做电功率公式 p w t ui单位 w kw kwh 1kwh 3 6 106j 小结 电功和电功率 电热和热功率 3 焦耳定律内容 电流通过某导体 在时间t内产生的热量 跟电流的平方 导体的电阻和通电时间成正比 公式 q i2rt 公式 p热 q t i2r单位 wkw 4 热功率 p热 导体在单位时间内发出的热量 a组能力训练题1 1 用电器两端电压220v 这意味着 a 1a电流通过用电器时 消耗的电能为220jb 1c正电荷通过用电器时 产生220j的热量c 1a电流通过用电器时 电流的发热功率为220wd 1c正电荷从电势高端移到电势低端时 电场力做功220j d a组能力训练题2 2 关于电功 下列说法中正确的有 a 电功的实质是电场力所做的功b 电功是电能转化为内能的量度c 电场力做功是电能转化成其他形式能量的量度d 电流通过电动机时的电功率和热功率相等 ac a组能力训练题3 3 一灯泡标有 220v 100w 字样将其接到110v的电源上 不考虑灯泡电阻的变化 则有 a 灯泡的实际功率为50wb 灯泡的实际功率为25wc 通过灯泡的电流为额定电流的1 2d 通过灯泡的电流为额定电流的1 4 bc a组能力训练题4 4 下图电路中 电灯l1 l2都标有 220v 100w 电灯l3 l4都标有 220v 40w 将a b两端接入电源 最暗的灯是 a l1b l2c l3d l4 c a组能力训练题5 5 把两个相同的电灯分别接在图中甲 乙两个电路里 调节滑动变阻器 使两灯都正常发光 两电路中消耗的总功率分别为p甲和p乙 可以断定 a p甲 p乙b p甲 p乙c p甲 p乙d 无法确定 c a组能力训练题6 6 输电线总电阻为r 输送的电功率是p 送电电压为u 则用户得到的功率为 pb c d b a组能力训练题7 7 一台直流电动机线圈电阻r 1 与一阻值r 10 的电阻串联 当所加电压u 150v 电动机正常工作时电压表示数100v 求电动机消耗的功率及输出的机械功率 电阻r两端的电压为 ur u um 50v 通过r的电流是 i ur r 5a 电动机消耗的功率为 p ium 5 100 500w p热 i2r 25w p机 p p热 500 25 475w 解 a组能力训练题8 7 有一个直流电动机 把它接入0 2v电压的电路时 电动机不转 测得流过电动机的电流是0 4a 若把它接入2v电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是1a 求 1 电动机正常工作时的输出功率 2 如在正常工作时 转子突然被卡住 此时电动机的发热功率多大 提示 电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器 1 电动机不转时为纯电阻电路 r u1 i1 0 5 电动机正常工作时 p电 i2u2 1 2 2w 电动机的热功率为 p热 i22r 12 0 5 0 5w 电动机所做机械功的功率 p机 p机 p热 1 5w 2 转子突然被卡住 电动机的发热功率为 p热 u22 r 22 0 5 8w 解 b组能力训练题1 1 a b c三个灯泡如图所示的方式连接时 各自消耗的实际功率相同 则ra rb rc为 a 1 1 1b 1 2 2c 2 1 1d 1 4 4 b c两个灯泡并联 ub uc 解 b c两个灯消耗的实际功率相同 则由 p u2 r rb rc ia 2ib 2ic 则由p i2r ra rb rc 1 4 4 d b组能力训练题2 2 图中r1 4 r2 9 r3 18 通电后 a 经r1和r3的电流之比i1 i3 3 1b r1两端的电压和r3两端的电压之比u1 u3 4 9c 三个电阻消耗的电功率之比p1 p2 p3 2 1 2d 三个电阻消耗的电功率之比p1 p2 p3 2 2 1 ad b组能力训练题3 3 两个电阻 r1 8 r2 2 并联在电路中 欲使这两个电阻消耗的电功率相等 可行的办法是 a 用一个阻值为2 的电阻与r2串联b 用一个阻值为6 的电阻与r2串联c 用一个阻值为6 的电阻与r1串联d 用一个阻值为2 的电阻与r1串联 a b组能力训练题4 4 电阻r1 8 r2 2 如图甲电路中要使r1 r2消耗的功率相等 滑动变阻器阻值为 如图乙电路中要使r1 r2消耗的功率相等 滑动变阻器阻值为 8 2 b组能力训练题5 2007年海南卷5 5 一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36w与36v 若把此灯泡接到输出电压为18v的电源两端 则灯泡消耗的电功率 a 等于36wb 小于36w 大于9wc 等于9wd 小于36w 解 设灯泡接u 36v电压和u 18v电压时的电阻分别为r r 电压减小 灯丝温度降低 电阻减小 r r b b组能力训练题6 6 某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示 重物质量m 50kg 电源提供恒定电压u 110v 不计各处摩擦 当电动机以v 0 90m s的恒定速度向上提升重物时 电路中电流强度i 5a 求电动机线圈电阻r g 10m s2 p电 p热 p机 其中机械功率 p机 mgv 50 10 0 9 450瓦 电功率 p电 ui 110 5 550瓦 p热 p电 p机 550 450 100瓦 p热 i2r 100瓦 电动机线圈的电阻为4 解 r 4 b组能力训练题7 7 如图所示是电饭煲的电路图 s1是一个控温开关 手动闭合后 当此开关温度达到居里点 103 时 会自动断开 s2是一个自动控温开关 当温度低于60 时会自动闭合 温度高于80 时 会自动断开 红灯是加热时的指示灯 黄灯是保温时的指示灯 分流电阻r1 r2 500 计算加热电阻丝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 包括加热和保温的过程 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 电饭煲的消耗功率之比 由于电饭煲散热 待温度下降至60 时 s2自动闭合 电饭煲重新处于加热状态 待温度上升到80 时 又自动断开 电饭煲再次处于保温状态 解 1 电饭煲盛上食物后 接上电源 s2自动闭合 同时把手动开关s1关闭 这时黄灯被短路红灯亮 电饭煲处于加热状态 加热到80 时 s2自动断开 s1仍闭合 待电饭煲中水烧干后 温度升高到103 时 开关s1自动断开 这时饭已煮熟 黄灯亮 电饭煲处于保温状态 3 加热时电饭煲消耗的电功率 保温时电饭煲消耗的电功率为 从而有 如果不闭合开关s1 开始s2总是闭合的 r1被短路 功率为p1 当温度上升到80 时 s2自动断开 功率降为p2 温度降低到60 s2自动闭合 温度只能在60 80 之间变化 不能把水烧开 不能煮熟饭 2 如果不闭合开关s1 电饭煲不能将饭煮熟 课堂互动讲练 定两只标有 110v40w 的灯泡l1和标有 110v100w 的灯泡l2及一只最大阻值为500 的滑动变阻器r 将它们接在220v的电路中 在图2 5 3所示的几种接法中 最合理的是 图2 5 3 思路点拨 该题所谓的最合理就是既能使两个灯泡正常发光 又能使滑动变阻器消耗的功率最小 此时电路中的电流应该最小 精讲精析 由l1 110v 40w l2 110v 100w 可知r1 r2 由串 并联电流电压特点可知a d中l1 l2一定不会同时正常发光 虽然b c能使l1 l2同时正常发光 但b中p总 2 p1 p2 c中p总 2p2 所以选c 答案 c 题后反思 求解这类问题 首先要明确电路中各元件之间的连接关系 再利用串 并联电路的一些性质和功率分配关系 求出各元件消耗的功率 电路中消耗的总功率等于各元件消耗的功率之和 变式训练1如图2 5 4所示 r1和r2都是 4w 100 的电阻 r3是 1w 100 的电阻 则ab间允许消耗的最大功率是 w 图2 5 4 答案 6 在研究微型电动机的性能时 可采用如图2 5 5所示的实验电路 当调节滑动变阻器r 使电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为0 5a和1 0v 重新调节r 使电动机恢复正常运转时 电流表和电压表的示数分别为2 0a和15 0v 求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻 图2 5 5 思路点拨 解答本题应把握以下两点 1 电动机不转时相当于纯电阻 由欧姆定律求线圈电阻 2 根据能量守恒求电动机正常运转时的输出功率 答案 22 0w2 规律总结 对于纯电阻电路和非纯电阻电路应从能量转化的角度区分 而不能简单地认为只要是电动机的电路就是非纯电阻电路 当电动机不转动时 消耗的电能全部转化为内能 此时它就是一个纯电阻 当电动机转动时 消耗的电能转化为机械能和内能 此时电路才是非纯电阻电路 变式训练2如图2 5 6所示 电路电压为60v 内阻不计 电阻r 2 电动机的内阻r0 1 6 电压表的示数为50v 电动机正常工作 求电动机的输出功率 图2 5 6 答案 210w 思考 我们知道白炽灯是纯电阻器件 但是我们日常生活中的的确确看到