§2.5焦耳定律.doc

2.5焦耳定律 学习目标： 1理解电流热效应的本质，理解电功的内涵，能够从静电学的角度推导电功的表达式2掌握焦耳定律，并能进行有关计算3理解电功和电热的关系，能区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热4.能够从能量守恒的角度计算复杂用电器的能量转化问题学习重点：电功、电功率的概念、公式；焦耳定律、电热功率的概念、公式学习难点：电功和电热之间的联系和区别活动过程：活动一、自主学习1电流做功的多少等于 转化为其他形式能的数量；所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对 的 力在做功，电荷的 减小，其他形式的能在增加；公式：W= ，P= 。2.电流通过用电器时把 能全部转化为 能，这样的电路叫做纯电阻电路。3. 是电功的普适式， 是电功率的普适式，适用于任何电路。4. 是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I 通过电阻R时在t时间内产生的热量（电热）； 是热功率的计算式。5.电流做功的实质： 活动二、理解电功和电功率如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？1.电功：（1）定义： （2）表达式： （3）单位： 、 （4）实质： 例1、一根电阻丝在通过2C的电量时，消耗电能是8J。若在相同时间内通过4C的电量，则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为 （ ）AU4V BU=8V CE16J DE=32J （5）意义：电功是电能转化为其他形式的能的量度。在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念。2电功率：（1）定义： （2）定义式： （3）单位： 符号： （4）物理意义：（5）P额是个定值，P实是个变值。一般P额P实。例2、把标有“220V、100W”的灯泡接到220V的电路中，通过灯丝的电流I和实际功率各有多大？若接到110V的电路中结果又怎样？（假定灯丝的电阻不变。）说明1电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少2. W= qU=UIt是电功的普适式，P= UI是电功率的普适式，适用于任何电路。 活动三、理解焦耳定律、热功率电流做功，消耗的是电能。电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。1.焦耳定律（1）内容： （2）表达式： （3）适用范围： 说明焦耳定律适用于纯电阻电路。 纯电阻电路：只含有电阻的电路，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，这部分电路仅将电能转化为热能。白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。 非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路。这部分电路将电能转化为机械能、化学能等其他形式的能及热能。（4）焦耳定律的微观解释：电流通过导体的时候，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离 子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的加速作用下获得动能，不断传递给金属正离子，使 金属正离子的热运动加剧，于是通电导体的内能通过电流做功转化为内能。 （5）实质： 2.热功率：（1）定义： （2）表达式： （3）单位： 符号： （4）物理意义：说明Q=I2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I 通过电阻R时在t时间内产生的热量（包括纯电阻电路与非纯电阻电路）；P=I2R是热功率的计算式。例3、直流电动机线圈的电阻为R，当电动机工作时通过的电流强度为I，两端电压为U，则其 输出的功率是（ ） AUI B C D反馈1、加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为（ ） AP B/ r C D 活动四、理解几个物理量间的关系1、电功与电热 （或焦耳热）的区别与联系例4、 关于电功和焦耳热，下列说法错误的是（ ） A在纯电阻电路中，计算电功可用公式 B在非纯电阻电路中，计算电功可用 C在非纯电阻电路中，计算焦耳热用 D在纯电阻电路中，计算焦耳热可以用2、电功率与热功率的区别与联系例5、一台电扇的额定电压220V，正常工作时的电流是0.8A，若它的线圈电阻是2.5，求这 台电扇的耗电功率、发热功率和工作效率。例6、关于三个公式的适用范围，以下说法正确的是（ ) A.第一个公式普遍适用于求电功率，后两个公式普遍适用于求热功率 B.在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率又可适用于求热功率 C.在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可适用于求热功率，第三个公式没有意义 D.由可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求即是电功 归纳小结：电功率与热功率的区别与联系 （1）区别：电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积；热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积（2）联系：对纯电阻电路，电功率等于热功率；对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热率外其他功率的和。例7、一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R。设通过它们的电流相同（电动 机正常运转），则在相同的时间内（ ） A电炉和电动机产生的电热相等 B电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 C电炉两端电压小于电动机两端电压 D电炉和电动机两端电压相等课堂反馈：1、两个绕线电阻分别标有“100、10w”和“20、40W”，则它们的额定电流之比为 （ ）A B. C. D. 2、把两个相同的电灯分别接成如图所示的两种电路，调节变阻器，使电灯都正常发光。若两电路消耗的总功率分别为P1、P2，两个变阻器R1、R2消耗的电功率分别为P1、P2，则可以判定 ( ) AP12P2 BP1P2 CP12P2 DP12P23、某一用直流电动机提升重物的装置如图所示重物的质量m50kg，电源电动势110V。不计内阻及各处的摩擦，当电动机以v0.90ms的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I5A，由此可知电动机线圈的电阻 R 。 4、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