第3节焦耳定律.docx

第5节 焦耳定律【教材分析】电功和电功率，焦耳定律，是本节教材的应有之义。求电动机的电流和绕线电阻，不能用欧姆定律，是本节教材的难点了，还有电动机中能量的转化问题。【教学目标】1理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算。2理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。3知道电功率和热功率的区别和联系。4. 识别纯电阻电路和非纯电阻电路。【教学重点和难点】重点：电功和电功率的公式，焦耳定律内容。难点：怎样求电动机的电流和绕线电阻及电动机中的热能。【教学过程】一、知识内容1.电功与电功率电功WUIt，其中：W:电功(J)，U:电压(V)，I:电流(A)，t:时间(s)，单位换算：电功率PUI=,其中：P:电功率(W)，R:电阻（）2.焦耳定律：QI2RtQ:电热(J)，I:通过导体的电流(A)，R:导体的电阻值()，t:通电时间(s)3.纯电阻电路中:由于IU/R,WQ，因三此WQUItI2RtU2t/R非纯电阻电路如电动机：精讲案1、关于三个公式PUI，PI2R，P的适用范围，以下说法正确的是(BC)A第一个公式普遍适用于求电功率，后两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，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义D由UIR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率，也是热功率2、额定电压都是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，使两盏灯炮均能正常发光，且消耗功率最小的电路是() 问 什么情况下电路中消耗总功率最小？解析 对灯泡有PUI，可知：RARB，对于A电路，由于RARB，所以UBUA，若A灯正常发光，则UB110 V，B灯被烧毁，A错误。对于B电路，由于RBRA，A灯又并联一滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU并，若A灯正常发光，则B灯被烧毁，B错误。对于C电路，B灯与一滑动变阻器的并联电阻可能等于RA，所以可能有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 W，而D电路中变阻器功率为(IAIB)110 W，所以C电路消耗电功率较小。3、如图所示，电阻R和内阻为r的电动机M串联接到电路中，接通开关后，电动机正常工作，设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功W1，产生热量Q1，电流流过电动机做功W2，产生热量Q2，则有()A. B.Ir，即有I。联立得：，故A错误，B正确；根据焦耳定律得Q1I2Rtt，Q2I2rtt，故C错误；电流通过电阻R做功W1Q1I2Rtt。电流流过电动机做功W2U2Itt，故D错误。4、规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的电功率和发热的功率。解析(1)排气扇在220 V电压下正常工作电流I=0.16 A 发热功率P热IrA=(0.16)240 W=1 W 转化为机械能的功率P机=P-P热=(36-1) W=35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后 电机相当于纯电阻 电能全部转化为热能 此时通过排气扇电流I=5.5 A 电机消耗的功率等于发热功率P=P热=IU=5.5220 W=1 210 W 检测案1、电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过R做功为W1，产生的热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生的热量为Q2，则有()AU1Q2 DW1W2，Q1IRU1，B错误；电流做的功W1U1It，W2U2It，故W1W2，C错误；产生的热量由QI2Rt可判断Q1Q2，A正确，D错误。2、如图所示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U12 V，电解槽内阻rA2 ，当S1闭合、S2断开时，电流表的示数为6 A；当S2闭合、S1断开时，电流表的示数为4 A，电流表内阻不计，求：(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？解析(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得I1，则R2 ，其发热功率为：PRUI1126 W72 W。(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P热IrA422 W32 W，总功率为：P总UI2124 W48 W，故电能转化为化学能的功率为：P化P总P热(4832) W16 W。3、如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻r1 ，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，重物A重20 N。不计摩擦力，求：(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少？(3)10 s内，可以把重物A匀速提升多高？(4)这台电动机的机械效率是多少？(1)根据焦耳定律，热功率为P热I2r121 W1 W。(2)输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积P入IU15 W5 W。输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率P出P入P热5 W1 W4 W。(3)电动机的输出功率用来提升重物，转化为机械功率，