2.5焦耳定律(教师)

1 2 5 焦耳定律焦耳定律 教学目标 教学目标 一 知识与技能 一 知识与技能 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 二 过程与方法 二 过程与方法 通过推导电功计算公式和焦耳定律 培养学生的分析 推理能力 重点 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 难点 难点 电功率和热功率的区别和联系 教学方法 教学方法 等效法 类比法 比较法 实验法 教学过程 教学过程 一 引入新课 一 引入新课 用电器通电后 可以将电能转化成其他形式的能量 请同学们列举生活中常用的用电 器 并说明其能量的转化情况 1 电灯把电能转化成内能和光能 2 电炉把电能转化成内能 3 电动机把电能转化成机械能 4 电解槽把电能转化成化学能 用电器把电能转化成其他形式能的过程 就是电流做功的过程 电流做功的多少及电 流做功的快慢与哪些因素有关呢 本节课我们学习关于电功和电功率的知识 二 进行新课 二 进行新课 1 电功和电功率 电功和电功率 请同学们思考下列问题 1 电场力的功的定义式是什么 2 电流的定义式是什么 学生 1 电场力的功的定义式 W qU 2 电流的定义式 I t q 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 学生 在时间 t 内 通过这段电路上任一横截面的电荷量 q It 教师 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 学生 在这一过程中 电场力做的功 W qU IUt 教师 在这段电路中电场力所做的功 也就是通常所说的电流所做的功 简称电功 电功 电功 1 定义 在一段电路中电场力所做的功 就是电流所做的功 简称电功 2 定义式 W UIT 3 在国际单位制中 电功的单位是焦耳 简称焦 符号是 J 电功的常用单位有 千瓦时 俗称 度 符号是 kW h 2 教师 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 电功率电功率 1 定义 单位时间内电流所做的功叫做电功率 用 P 表示电功率 2 定义式 P IU t W 3 单位 瓦 W 千瓦 kW 4 用电器的额定功率和实际功率 用电器的额定功率是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 时 或通以额定电流 时消耗的电功率 用电器的实际功率是用电器的实际工作时消耗的 电功率 为了使用电器不被烧毁 要求实际功率不能大于其额定功率 说明 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 焦耳定律 焦耳定律 教师 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 解 据欧姆定律加在电阻元件两端的电压 U IR 在时间 t 内电场力对电阻元件所做的功为 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 产生的热量为 Q I2Rt 教师指出 这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的 叫焦耳定律 同学们在初中 已经学过了 热功率 热功率 1 定义 单位时间内发热的功率叫做热功率 2 定义式 P热 I2R t Q 3 单位 瓦 W 电功率与热功率的区别的区别和联系电功率与热功率的区别的区别和联系 1 电功率与热功率的区别 电功率是指输入某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部电功率 决定于这段 电路两端电压 U 和通过的电流 I 的乘积 热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率 决定于通过这段电路的电流的平方 I2和 电阻 R 的乘积 2 电功率与热功率的联系 若在电路中只有电阻元件时 电功率与热功率数值相等 即 P热 P电 若电路中有电动机或电解槽时 电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能或化学能 只有一少部分转化为内能 这时电功率大于热功率 即 P电 P热 3 三 实例探究 三 实例探究 一 基本概念的理解一 基本概念的理解 例 1 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W I2Rt B 在非纯电阻电路中 计算电功可用公式W I2Rt C 在纯电阻电路中 计算焦耳热可用公式Q I2Rt D 在非纯电阻电路中 计算焦耳热可用公式Q IUt 例 2 一根电阻丝 通过 2 C 的电荷量所消耗的电能是 8 J 若在相同的时间内通过 4 C 的电荷量 该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是 A 4 V 16 J B 8 V 16 J C 4 V 32 J D 8 V 32 J 二 电功和电热的区别二 电功和电热的区别 例 3 一直流电动机线圈内阻一定 用手握住转轴使其不能转动 在线圈两端加电压为 0 3 V 电流为 0 3 A 松开转轴 在线圈两端加电压为 2 V 时 电流为 0 8 A 电动机正 常工作 求该电动机正常工作时 输入的电功率是多少 电动机的机械功率是多少 例 4 如图所示 有一提升重物用的直流电动机 内阻 r 0 6 R 10 U 160 V 电 压表的读数为 110 V 求 1 通过电动机的电流是多少 2 输入到电动机的电功率是多少 3 在电动机中发热的功率是多少 4 电动机工作 1 h 所产生的热量是多少 4 例 5 某一用直流电动机提升重物的装置如图所示 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 例 6 抽油烟机是现代厨卫不可缺少的用具 下表是 惠康牌 家用抽油烟机说明书中 的主要技术参数表 用多用表测量得两只电动机的线圈电阻均为 R 90 若保险丝的熔断 电流是保险丝允许通过的电流的 1 5 倍 启动时电动机当作纯电阻处理 则 1 这种抽油烟机保险丝的熔断电流不得低于多少 2 两电动机每分钟消耗的电能为多少 3 两电动机每分钟所做的有用功是多少 4 这种油烟机的机械效率是多少 参数表 额定电压 两电机 照明灯 AC220 V 50 Hz 额定输入功率 2 185 W 抽排风量 两电机同时工作 15 m3 min 风压 两电机同时工作 300 Pa 照明灯40 W 排烟管内径150 mm 5 课后练习课后练习 1 家用电饭锅有两种工作状态 一是锅内水烧开前的加热状态 一是水烧开后的保温状 态 其电路如图 2 5 4 所示 R1是一电阻 R2是加热用的电阻丝 则电饭锅 A S 闭合时为保温状态 B S 断开时为加热状态 C S 闭合时为加热状态 D S 断开时为保温状态 2 在电动机正常工作时 每秒钟电流做功和每秒钟内电枢上产生的热量的关系 下列说 法中正确的是 A 电功等于电热 B 电功等于电热的 2 倍 C 电功等于电动机输出的机械能 D 电热仅为电功的一部分 3 用一个额定电压为 220 V 的电热水器煮沸一壶水需要t s 如果不考虑电热水器的电 热损失和电热丝电阻受温度的影响 那么 A 当线路电压为 110 V 时 煮沸一壶水需要 2t s B 当线路电压为 110 V 时 煮沸一壶水需要 4t s C 当线路电压为 55 V 时 煮沸一壶水需要 4t s D 当线路电压为 55 V 时 煮沸一壶水需要 16t s 4 关于三个公式 1 P UI 2 P I2R 3 P 下列叙述正确的是 U2 R A 公式 1 适用于任何电路的电热功率 B 公式 2 适用于任何电路的电热功率 C 公式 1 2 3 适用于任何电路电功率 D 以上都不正确 5 一只普通的家用照明白炽灯 额定功率为 40 W 正常发光时 通过它的电流与下列 哪一个值较为接近 A 20 A B 2 A C 0 2 A D 0 02 A 6 两只灯泡 L1 L2分别标有 110 V 60 W 和 110 V 110 W 另外有一只滑动变阻 器R 将它们连接后接入 220 V 的电路中 要求两灯泡都正常发光 并使整个电路消耗的 总功率最小 应使用下面哪个电路 6 7 如图 5 所示电路 电动机 M 转动起来后 将滑动变阻器的滑动触头向左移动时 电动 机中产生的电热Q随电压表测得的电压U和电流表测得的电流I而变化的情况是 电动机线 圈的电阻可以认为是不变的 A Q跟电流I的平方成正比 B Q跟电压U的平方成正比 C Q跟电压U与电流I的乘积成正比 D Q跟电压U与电流I的比值成正比 8 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 1 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 9 一幢居民楼住着生活水平各不相同的 24 户居民 所以整幢居民楼里有各种不同的电器 例如电炉 电视机 微波炉 电脑等等 停电时 用欧姆表测得A B间的电阻为R 供电 后 各家电器同时使用 测得A B间电压为U 进线电流为I 如图 6 所示 则计算该幢 居民楼用电的总功率可以用的公式是 A P I2R B P U2 R C P IU D P W t 10 一辆电动自行车的铭牌上给出了如下表的技术参数 规格后轮驱动直流电机 车型26 电动自行车额定输出功率 120 W 整车质量 30 kg 额定电压 40 V 最大载量 120 kg 额定电流 3 5 A 质量为M 70 kg 的人骑此电动自行车沿平直公路行驶 所受阻力F阻恒为车和人总重 的k 0 02 倍 g取 10 m s2 求 1 此车电机的内阻和正常工作时的效率 2 在电机正常工作时 人骑车行驶的最大速度 答案 7 例 1 答案 B 例 2 答案 D 解析 利用W qU可求出电压U1 再由I 可以求出U2 然后利用W qU求W2 q t U R 设电阻丝电阻为R 开始所加电压U1 则W1 q1U1 即 8 2U1 故U1 4 V 设后来所加电压为U2 产生的热量为W2 则 I2 q2 t U2 R 又I1 q1 t U1 R 由 得U2 U1 4 V 8 V q2 q1 4 2 W2 q2U2 4 8 J 32 J 例 3 答案 1 6 W 0 96 W 解析 电动机不转动时 其消耗的电功全部转化为内能 故可视为纯电阻电路 由欧 姆定律得电动机线圈内阻 r 1 U I 0 3 0 3 电动机转动时 消耗的电能转化为内能和机械能 其输入的电功率为 P入 I1U1 0 8 2 W 1 6 W 电动机的机械功率 P机 P入 I r 1 6 W 0 82 1 W 0 96 W 2 1 例 4 解析 1 设电动机两端的电压为 U1 电阻 R 两端的电压为 U2 则 U1 110 V U2 U U1 160 110 V 50 V 通过电动机的电流为 I 则 I A 5 A R U2 10 50 2 输入到电功机的电功率 P电 P电 U1I 110 5 W 550 W 3 在电动机中发热的功率 P热 P热 I2r 52 0 6 W 15 W 4 电动机工作 1 h 所产生的热量 Q Q I2rt 52 0 6 3600 J 54000 J 例 6 解析 1 电动机启动时通过的电流大于正常工作时的电流 所以保险丝的熔断 电流应以启动时通过的电流来确定 I 2 5 1 A 所以保险丝的熔断电流至少 U R P灯 U I 1 5I 7 7 A 2 两电动机每分钟消耗的电能 E 2Pt 22 200 J 3 电动机所做的有用功是用于排风的 故两电动机每分钟所做的有用功为 W P V 300 15 J 4 500 J 8 4 该抽油烟机的效率 100 20 3 W E 答案 1 7 7 A 2 22 200 J 3 4 500 J 4 20 3 课后练习 1 答案 CD 2 答案 D 3 答案 BD 解析 由公式Q t 煮沸一壶水所需的热量为Q t J 当电压变为原来的 时 U2 R 2202 R 1 2 所需热量没变 因此时间要变为原来的 4 倍 即 4t s 选项 B 正确 当电压变为原来的 时 时间要变为原来的 16 倍 即 16t s 选项 D 正确 1 4 4 答案 D 5 答案 C 解析 家用照明白炽灯的额定功率为 40 W 额定电压为 220 V 根据P UI 可得电流大约为 0 2 A 6 答案 B 解析 根据 P R U 2 可知 灯泡 1 L 2 L的电阻 21 RR 灯泡的连接方式 要么串联 要么并联 根据电压跟电阻成正比分配 2 1 2 1 R R U U 两灯泡串联接入 220 V 的 电路 要使每盏灯泡的电压均为 110 V 应在电阻大的 L1 上并联电阻 7 答案 A 解析 由于电动机是非纯电阻电路 电功不等于电热 电热Q I2Rt 与电流的平