高中物理 第二章 恒定电流 5 焦耳定律课件 新人教版选修31(1).ppt

5焦耳定律 第二章恒定电流 学习目标1 理解电功 电功率的概念 并能利用公式进行有关计算 2 弄清电功与电热 电功率与热功率的区别和联系 3 知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 电功和电功率 如图1所示 已知电路两端的电势差为u 电路中的电流为i 在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少 把这些电荷从左端移到右端 静电力做功是多少 itiut 答案 图1 1 电功 1 电功是指电路中力对定向移动的电荷所做的功 电流做功的过程就是能转化为其他形式能的过程 2 电功的计算公式 w 单位 符号为 常用的单位 千瓦时 kw h 也称 度 1kw h j j 焦耳 静电 3 6 106 iut 电 2 电功率 1 定义 单位内电流所做的功 2 公式 p 3 单位 瓦 符号 w 4 意义 表示电流做功的快慢 时间 ui 判断下列说法的正误 1 电流做功的实质是静电力对电荷做功 2 电功率越大 表示电流做功越多 3 某导体两端电压为10v 当通过2c的电荷时 电流做功的功率为20w 二 焦耳定律 1 某一电路中只含有某一电阻元件 即白炽灯 电动机 电炉 电容器 电熨斗 电饭锅 电解槽其中的一种 分析哪些属于纯电阻电路 哪些属于非纯电阻电路 答案 纯电阻电路有 白炽灯 电炉 电熨斗 电饭锅 非纯电阻电路有 电动机 电容器 电解槽 2 纯电阻电路中 消耗的电能转化为什么形式的能 对于含电动机的电路 消耗的电能转化为什么形式的能 答案 内能内能和机械能 1 焦耳定律 1 内容 电流通过导体产生的热量跟成正比 跟导体的成正比 2 表达式 q 2 热功率 1 定义 内的发热量称为热功率 2 表达式 p 电阻 电流的二次方 i2rt 单位时间 i2r 通电时间 及 3 纯电阻电路与非纯电阻电路 1 纯电阻电路 电流通过纯电阻电路做功时 电能全部转化为导体的 2 非纯电阻电路 含有或的电路称为非纯电阻电路 在非纯电阻电路中 电流做的功将电能除了转化为内能外 还转化为或 内能 电动机 电解槽 机械能 化学能 3 电功和电热的计算公式比较 判断下列说法的正误 1 电功一定等于电热 2 电动机消耗了电能 一部分转化为机械能 一部分转化为线圈内阻上的电热 3 电热q i2rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热 4 电功w uit可以用来计算所有电路中电流所做的功 2 题型探究 例1 多选 下列关于电功 电功率和焦耳定律的说法中正确的是a 电功率越大 电流做功越快 电路中产生的焦耳热一定越多b w uit适用于任何电路 而w i2rt t只适用于纯电阻电路c 在非纯电阻电路中 ui i2rd 焦耳热q i2rt适用于任何电路 答案 解析 一 电功 电热电功率 热功率公式的比较 在非纯电阻电路中 电流做的功 焦耳热 其他形式的能 所以w q 即ui i2r c对 q i2rt是焦耳热的定义式 适用于任何电路 d对 1 w uit是电功的计算式 p电 ui是电功率的计算式 适用于任何电路 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 p热 i2r是热功率的计算式 可以计算任何电路的热功率 2 只有在纯电阻电路中才有w q p电 p热而在非纯电阻电路中w q p电 p热 3 在纯电阻电路中 由uit i2rt得i 即欧姆定律成立 在非纯电阻电路中uit i2rt知u ir 即欧姆定律不成立 例2额定电压都是110v 额定功率pa 100w pb 40w的灯泡两盏 若接在电压为220v的电路上 使两盏灯泡均能正常发光 且消耗功率最小的电路是 答案 解析 二 纯电阻电路中的功率分配及计算 判断灯泡能否正常发光 就要判断电压是否是额定电压 或电流是否是额定电流 对灯泡有p ui 可知ra rb 对于a电路 由于ra rb 所以ub ua 且有ub 110v b灯被烧毁 ua 110v a灯不能正常发光 对于b电路 由于rb ra a灯又并联滑动变阻器 并联电阻小于rb 所以ub u并 b灯烧毁 对于c电路 b灯与滑动变阻器并联电阻可能等于ra 所以可能ua ub 110v 两灯可以正常发光 对于d电路 若滑动变阻器的有效电阻等于a b的并联电阻 则ua ub 110v 两灯可以正常发光 比较c d两个电路 由于c电路中滑动变阻器功率为 ia ib 110v 而d电路中滑动变阻器功率为 ia ib 110v 所以c电路消耗电功率最小 1 串联 并联电阻的功率分配 针对训练1 多选 有三个电阻的阻值及额定功率分别为r1 10 p1 10w r2 20 p2 80w r3 5 p3 20w 它们组成的电路如图2甲 乙 丙所示 关于各图的说法正确的是 答案 解析 图2 a 图甲两端允许加的最大电压为60vb 图乙干路允许流过的最大电流为3 5ac 图丙两端允许加的最大电压为17 5vd 以上说法均不正确 r1 10 p1 10w 故i1 1a u1 i1r1 10v 同样r2 20 p2 80w 故i2 2a u2 i2r2 40v r3 5 p3 20w 故i3 2a u3 i3r3 10v 图甲中三个电阻串联 取最小额定电流 故最大电流为1a 故最大电压为 u i r1 r2 r3 1 10 20 5 v 35v 故a错误 图乙中三个电阻并联 取最小额定电压 最大电压为10v i2 0 5a 故最大电流为 i i1 i2 i3 3 5a 故b正确 图丙中r1与r2并联 取最小额定电压 故最大电压为10v 故最大电流为 i1 i2 1 5a 并联部分与电阻r3串联 取最小额定电流 故最大电流为1 5a 故电阻r3两端的电压为1 5a 5 7 5v 所以丙图两端允许加的最大电压为 10v 7 5v 17 5v 故c正确 三 非纯电阻电路功率的分析及计算电动机的功率和效率 1 电动机的输入功率指电动机消耗的总功率 p入 ui 2 电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率 p热 i2r 3 电动机的输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率 p出 iu i2r 例3规格为 220v36w 的排气扇 线圈电阻为40 求 1 接上220v的电压后 排气扇转化为机械能的功率和发热的功率 答案 解析 35w1w 2 如果接上电源后 扇叶被卡住 不能转动 求电动机消耗的功率和发热的功率 答案 解析 扇叶被卡住不能转动后 电动机成为纯电阻电路 电流做功全部转化为热能 此时电动机中电流为 1210w1210w 电动机消耗的功率即电功率等于发热功率 p电 p热 ui 220 5 5w 1210w 电动机不转时 无机械功率输出 属纯电阻电路 2 非纯电阻电路中 w uit q i2rt p ui p热 i2r 电动机转动时 向外输出机械功率 属非纯电阻电路 3 电动机的效率等于输出的机械功率与总消耗的电功率之比 即 100 针对训练2如图3所示 有一内电阻为4 4 的电解槽和一盏标有 110v60w 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 解析 图3 灯泡能正常发光 说明电解槽和灯泡均分得110v电压 且干路电流i i灯 a 则电解槽消耗的电功率p p灯 60w a错 c对 电解槽的发热功率p热 i2r内 1 3w b错误 整个电路消耗的总功率p总 220 w 120w d错 达标检测 3 1 下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容 根据表中的信息 可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为 1 2 3 4 答案 解析 a 6 8ab 4 1ac 1 2ad 0 24a 由铭牌读出电热水壶额定功率为p 900w 额定电压为u 220v 由p ui得 电热水壶的额定电流为 a 4 1a 2 多选 如图4所示 把四个相同的灯泡接成甲 乙两种电路后 灯泡都正常发光 且两个电路的总功率相等 则下列对这两个电路中的u甲 u乙 r甲 r乙之间的关系的说法正确的是a u甲 2u乙b u甲 2u乙c r甲 4r乙d r甲 2r乙 1 2 3 4 答案 解析 图4 1 2 3 4 设灯泡的电阻为r 正常发光时电流为i 电压为u 由于两个电路的总功率相等 p u甲i u乙 2i 得u甲 2u乙 又由u甲 2u ir甲 u乙 u 2ir乙 得r甲 4r乙 故正确答案为b c 3 电阻r1 r2的i u图象如图5所示 则下列说法正确的是a r1 r2 3 1b 将r1与r2串联后接于电源上 则电压比u1 u2 1 3c 将r1与r2并联后接于电源上 则电流比i1 i2 1 3d 将r1与r2并联后接于电源上 则功率比p1 p2 1 3 答案 解析 图5 1 2 3 4 1 2 3 4 4 如图6所示 a为电解槽 n为电炉子 恒定电压u 12v 电解槽内阻ra 2 当s1闭合 s2断开时 电流表的示数为6a 当s2闭合 s1断开时