选修3-1第二章 第5节 焦耳定律.ppt

5焦耳定律 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 在做功 电荷的 减少 其他形式的能在增加 表达式为W 2 电功率 单位时间内电流所做的功叫做电功率 表达式 为P 电能 自由电荷 静电力 电势能 IUt IU 3 焦耳定律 1 内容 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成 跟导体的电阻及通电时间成 2 表达式 Q 4 热功率 单位时间内的发热量通常称为热功率 表达式 为P 正比 正比 I2Rt I2R 5 双选 关于电功 下列说法中正确的有 AC 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C 电流做功的过程 就是电能转化为其他形式的能的过程D 电流通过电动机时的电功率和热功率相等 知识点1电功和电功率 水流可以做功 例如水流可以推动水轮机做功 电流也可以做功吗 给小电动机通电 电动机转起来 可以把砝码提起 这个实验表明 电流是可以做功的 这时 一方面电动机消耗电能 同时砝码的机械能增加 所以 在电流通过电动机做功的过程中 电能转化为机械能 大量实验结果证明 在通电时间相同的情况下 电压越大 电流越大 砝码被提升得越高 表示电流做的功越多 如果保持电压和电流不变 通电时间越长 砝码被提升得越高 电流做的功就越多 电场力做的功叫做电功 电场力做功使电荷定向移动产生电流 电流不仅通过电动机时做功 通过电灯 电炉等用电器时都要做功 但在相同时间内 电流通过不同用电器所做的功 一般并不相同 例如 在相同的时间内 电流通过电动机车的电动机所做的功 要显著地大于通过电扇的电动机所做的功 为了表示电流做功的快慢 物理学中引入了电功率的概念 讨论 1 电功 定义 对电荷做的功 叫做电功 表达式 W 这表示电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的 电路中的 和 的乘积 单位 在国际单位制中 电功的单位是 符号是 常用单位是千瓦时 kW h 也称为 度 1度 3 6 106J 焦耳 J 电场力 qU 电压U IUt 电流I 通电时间t 2 电功率 定义 跟完成这些功 的比值叫做电功率 表达式 P 单位 在国际单位制中 电功率的单位是 符号是 物理意义 表示电流做功的 快慢 电流所做的功 所用时间 Wt IU W 瓦特 1 电功的理解 1 从力的角度 电功的实质是电场力对电荷做功 2 从能的角度 电功是电流通过一段电路时 电能转化为其他形式能 电场能 机械能 化学能或内能等 的量度 电流做了多少功 表明有多少电能转化为其他形式的能 2 公式的适用范围 W qU IUt适用于任何电路 4 用电器的额定功率和实际功率 1 额定功率 用电器长期正常工作时的最大功率 也就是用电器加上额定电压 或通以额定电流 时消耗的电功率 2 实际功率 用电器实际工作时消耗的电功率 为了保证用电器不被损坏 要求实际功率不能大于其额定功率 例1 双选 图2 5 1中R1 4 R2 9 R3 18 通电后 图2 5 1A 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 解析 根据欧姆定律及并联电路的电压关系 可知通过电阻R2 R3的电流I2 I3的关系为I2 I3 2 1 通过电阻R1的电流I1 I2 I3 3I3 所以I1 I3 3 1 U1 U3 2 3 A正确 B错误 根据P I2R 可得P1 P2 P3 2 2 1 C错误 D正确 答案 AD 触类旁通 1 三个同样的电阻连接成如图2 5 2所示的电路 它们 的额定功率均为10W 这个电路允许消耗的最大功率是 图2 5 2 A 10W B 15W C 20W D 30W B 知识点2焦耳定律 在纯电阻元件中电能完全转化成内能 如电炉 电熨斗 电饭锅 电烙铁 白炽灯泡等 由纯电阻元件构成的电路叫做纯电阻电路 在非纯电阻元件中 电流做功除转化为内能外 还转化为机械能 化学能等 由非纯电阻元件构成的电路叫做非纯电阻电路 讨论 等于 IUt 大于 1 在纯电阻电路中 电流所做的功 填 大于 小于 或 等于 产生的电热 电热Q 而在非纯电阻电路中 电流做功所消耗的电能除部分转化为内能外 还要转化为机械能 化学能等 此时 电功W 填 大于 小于 或 等于 电热Q 2 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 根据欧姆定律可得加在电阻两端的电压为U IR在时间t内电流所做的功为W IUt I2Rt 由于电路中只有纯电阻元件 故电流所做的功W等于电热 Q 则Q I2Rt 2 热功率即为电能转化为内能的功率 公式 1 焦耳定律 1 内容 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 2 表达式 Q I2Rt 3 实质 电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为 内能 2 热功率 1 定义 单位时间内的发热量称为热功率 3 纯电阻电路和非纯电阻电路 例2 一台电风扇 内阻为20 接上220V电压后 消耗功率66W 求 1 电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少 2 电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少 转化 为内能的功率是多少 电动机的效率是多少 3 如果接上电源后 电风扇的风叶被卡住 不能转动 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是多少 题后反思 1 在非纯电阻电路中 只能用W UIt和P UI计算电功和电功率 用Q I2Rt及P热 I2R计算电热和热功率 2 对于含有电动机的电路 电动机转动时是非纯电阻电 路 电动机不转时是纯电阻电路 触类旁通 2 一电动机线圈的电阻为1 线圈两端所加电压为2V 时 电流为0 8A 电动机正常工作 1 在求电动机正常工作1min所消耗的电能时 有以下两 种不同的解法 解法一 W IUt 0 8A 2V 60s 96J解法二 W I2Rt 0 8A 2 1 60s 38 4J你认为哪种解法对 请作出判断并说明理由 2 求电动机正常工作1min所转化的机械能是多少 解 1 解法一对 因为电动机工作时电能没有全部转化为内能 而大部分转化为机械能 解法二求出的是电动机工作时产生的电热 只占所消耗电能的一部分 2 电动机工作1min消耗的电能为W IUt 0 8A 2V 60s 96J电动机工作1min产生的电热为 Q I2Rt 0 8A 2 1 60s 38 4J电动机工作1min转化成的机械能为W机械 W Q 96J 38 4J 57 6J 电功和电热的区别与联系 1 区别 1 电功是从电场理论出发的概念 是电能减小的量度 所以不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路 W IUt总是成立的 2 电热是电路中的热现象 电流的热效应 是电能转化的一部分 焦耳定律Q I2Rt是专门计算电热的实验定律 用Q I2Rt来计算电热 不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路 都是适用的 2 联系 1 在纯电阻电路中 电功与电热相等 即W Q IUt I2Rt U2t R 2 在非纯电阻电路中 电流做功将电能除转化为内能外 还转化为机械能 化学能等 电功大于电热 即W Q E其他 这时电功只能用W IUt计算 电热只能用Q I2Rt计算 两式不能通用 例3 一台电动机电阻为0 5 正常工作时通过的电流为20A 在10s内转化的机械能为4 2 104J 求 在这10s内电流做了多少功 电动机产生的热量为多少 W 2 0 103J 4 2 104J 4 4 104J 解 电动机产生的热量为Q I2Rt 2 0 103J根据W Q E机 得 触类旁通 3 一台直流电动机线圈电阻r 1 与一阻值R 10 的电阻串联 当电路两端加U 150V的电压时 电动机正常