高中物理 3.3焦耳定律课件 鲁科版选修31.ppt

第3节焦耳定律 1 理解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能 会计算电流所做的功与电功率 2 知道焦耳定律 会根据焦耳定律计算用电器产生的电热 3 知道纯电阻电路与非纯电阻电路的差别 会结合实际问题区分电功和电热 进一步体会能量守恒定律的意义和普适性 1 在电路中 导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动而形成 此过程中电场力对自由电荷做功 在一段电路中 所做的功 就是电流做的功 简称电功 公式 w 单位 符号 答案 电流电场力uit焦耳j2 电流所做的功 跟完成这些功所用时间的 叫做电功率 公式 p 单位 符号 答案 比值ui瓦特w 1 如何计算电功和电功率 2 焦耳定律的内容是什么 3 什么是热功率 4 电功率和热功率有什么区别与联系 5 你身边的电器哪些利用了电流的热效应 一 电能1 电功 电路内自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流 这时对做了功 这就是电功 公式表示为 w 表示电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的 通电三者的乘积 单位 2 电功率 电流在内做的功 公式表示为 p 表示电流在一段电路上做功的功率等于与这段电路两端的的乘积 单位 电场力 自由电荷 qu uit 电压u 电流i 时间t 焦耳 j 单位时间 w t ui 电流i 电压u 瓦特 w 二 焦耳定律电流通过导体产生的热量跟成正比 跟成正比 跟成正比 这就是焦耳定律 公式 在纯电阻电路中还可写成 三 身边的电热各种电器在使用中都会放出大量的电热 有的是利用这些电热 如电熨斗 电烘箱 等 有的电器并不是利用的它的电热 这种电热要是散热不及时会造成危害 如电动机 电视机 等 电流的二次方 导体的电阻 通电时间 q i2rt 电暖气 电热水器 电冰箱 电脑 一 电功和电热间的关系 答案 cd 二 纯电阻电路和非纯电阻电路1 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 2 非纯电阻电路中的电流和电压的计算欧姆定律i u r是不适用于非纯电阻电路的 因此在这样的电路中不能简单地用i u r来进行处理 可用以下方法来处理 1 将电阻与其他因素分离出来 区别对待 如电动机两端的电压为u 其内阻为r 电流i 为了方便处理 将电阻r与电动机分离 画出等效电路图 如右图 很明显 电压u是加在电阻r和电动机两端的共同电压 加在r两端的电压要比u小 所以用i u r计算电路的电流就明显不对 若知道r两端的电压u 对r使用欧姆定律i u r是可行的 含电动机电路的分析 1 若电动机转动则由电能转化为机械能 此时为非纯电阻电路 部分电路的欧姆定律不再适用 2 若电动机不转 则没有电能转化为机械能 此时损失的电能全部转化为内能 这时的电路为纯电阻电路 可以利用欧姆定律求解线圈的电阻 2 一台电风扇 内电阻是20 接上220v的电压后正常工作 消耗的功率是66w 求 1 电风扇正常工作时通过风扇电动机的电流 2 电风扇工作时 转化为机械能和内能的功率 电机的效率 3 若接上电源后 扇叶被卡住 不能转动 此时通过电动机的电流多大 电动机消耗的电功率和发热功率各是多大 答案 1 0 3a 2 64 2w1 8w97 3 3 11a2420w2420w 在电源电压不变的前提下 增加电炉电热丝在相等的时间内的发热量 可采取的措施是 a 增大电热丝的电阻b 减小电热丝的电阻c 在电热丝上并联电阻d 在电热丝上串联电阻 答案 b 本题易误选a 因为根据q i2rt知 导体上放出的热量q与电阻r成正比 本题中电压不变 增大电炉丝电阻 电流减小 故q与r不成正比 1 1 220v 5 5kw 的电动机 电阻为0 4 它在正常工作时的电流为 a 1s内产生的热量是 j 1s内有 j的电能转化为机械能 解析 正常工作时i p u 25aq i2rt 250j p机 p总 p热 5250w q p机t 5250j 答案 252505250 如下图所示 有a b两灯额定电压都是110v 额定功率pa 100w pb 40w 接在220v电路上使用 使电灯能够正常发光 且电路中消耗电能最小的电路是 答案 c 2 1 三个电阻分别标有 100 4w 200 2w 50 8w 将它们串联起来 允许通过的最大电流为 a 允许消耗的最大总功率为 w 不考虑温度对电阻的影响 答案 0 13 5 在研究微型电动机的性能时 可采用如下图所示的实验电路 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 1 这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻 2 电动机的正常工作状态是匀速提升一个2kg的物体 该物体竖直上升的速度多大 g 10m s2 答案 1 22 0w2 2 1 1m s 1 电动机的等效处理电动机是一种非纯电阻性用电器 它把电能转化为机械能和热能 在电路计算中 常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rd和无电阻的转动线圈d串联而成 如右图所示 电流通过rd时把电能转化为热能 而线圈d把电能转化为机械能 2 输入功率 电动机的总功率 由电动机电路的电流和电压决定 计算 p总 ui 7 解决电动机问题注意分两种情况 当电动机正常工作时 要分别搞清电动机的总功率 输出功率和热功率 当电动机因故障或其他原因不转动时 相当于一个纯电阻电路 3 1 微型吸尘器的直流电动机的内阻一定 为1 当加在它两端的电压为2 0v时 电流为0 8a 且能正常工作 1 求它的额定输入功率多大 2 工作时由导线发热损失的功率多大 3 它的最大输出功率多大 解析 电动机正常工作时是非纯电阻电路 计算只能根据定义式 1 额定输入功率p额 ui 2 0 8w 1 6w 2 电动机发热功率p热 i2r 0 8 2 1w 0 64w 3 根据能的转化与守恒 电动机的最大输出功率p出 p额 p热 0 96w 答案 1 1 6w 2 0 64w 3 0 96w 1 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 在相同的时间内 a 电炉放热和电动机放热相等b 电炉两端电压大于电动机两端电压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的电功率 解析 由q热 i2rt知a对 电炉为纯电阻电路uit i2rt u ir 电动机为非纯电阻电路 u i t i 2rt u i r b c错 d对 答案 ad 2 如右图所示 电路两端的电压u保持不变 电阻r1 r2 r3消耗的电功率一样大 则电阻之比r1 r2 r3 a 1 1 1b 4 1 1c 1 4 4d 1 2 2 答案 c 3 如右图所示 有一内电阻为4 4 的电解槽和一盏标有 110v 60w 的灯泡串联后接在电压为220v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120wb 电解槽的发热功率为60wc 电解槽消耗的电功率为60wd 电路消耗的总功率为60w 答案 c 4 将标有 220v 1