江苏省涟水中学高中物理 2.5焦耳定律2课件 新人教版选修31.ppt

5 焦耳定律 用电器是用电来工作的器具 它们共同的特点是要消耗电能 靠电流做功来工作 功能多样的用电器 电流做功的过程 实际就是电能转化为其他形式能量的过程 电流做了多少功 就有多少电能转化为其他形式的能量 将下列对象连线电风扇电能转化为磁场能蓄电池电能转化为机械能电炉电能转化为化学能电磁铁电能转化为热能 w qu q it w uit 一 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为 在这个过程中电场力做的功为 将q代入得 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 一 电功和电功率 1 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 3 电功的单位是焦耳 简称焦 符号是j 千瓦时 俗称 度 符号是kw h 1kw h 1000w 3600s 3 6 106j 2 定义式 一 电功和电功率 2 电功率 1 定义 单位时间内电流所做的功叫做电功率 3 单位 瓦 w 千瓦 kw 2 定义式 1 电功 通电的电阻丝能引燃火柴 发光的灯泡能点燃硝化棉 当电流流过导体时 自由电子与金属中的正离子会发生碰撞 电能会转化为内能 注意 若导体只有电阻 即通常所说的纯电阻 电场力所做的功全部转化为电路中的内能 即 q w 为什么有些用电器通电后会发热呢 二 焦耳定律 这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的 叫焦耳定律 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 据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为 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 所以产生的热量为 q i2rt 1 焦耳定律 在一段只有电阻元件的纯电阻电路中 电场力所做的功w等于电流通过这段电路时发出的热量q 即 q w 2 热功率 一段电路因发热而消耗的功率称为热功率 特别强调 如果电路不是纯电阻电路 电功仍为 w iut 电阻上产生的热量仍为 q i2rt 但此时电功比电阻上产生的热量大 二 焦耳定律 演示实验 研究电功率与热功率的区别和联系 取一个玩具小电机 其内阻r 1 0 把它接在如图所示的电路中 1 先夹住电动机轴 闭合电键 电机不转 调整滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为0 50v 记下电流表的示数 算出小电机消耗的电功率和热功率 并加以比较 2 再松开夹子 使小电机转动 调整滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为2 0v 此电压为小电机的额定电压 记下电流表的示数 算出小电机消耗的电功率和热功率 并加以比较 实验结果 1 电机不转时 u 0 50v i 0 50a p电 ui 0 50 0 50w 0 25wp热 i2r 0 502 1 0w 0 25wp电 p热 2 电机转动时 u 2 0v i 0 40a p电 ui 2 0 0 40w 0 80wp热 i2r 0 402 1 0w 0 16wp电 p热 电功率与热功率的区别和联系 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 1 电功率与热功率的区别 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 上述实验中 电机不转时 小电机就相当于纯电阻 若电路中有电动机时 电路消耗的电功率绝大部分转化为机械能 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 上述实验中 电机转动时 电机消耗的电功率 其中有一部分转化为机械能 有一部分转化为内能 故p电 p热 2 电功率与热功率的联系 纯电阻电路 i u r m 非纯电阻电路 i u r 说明 欧姆定律不适用于非纯电阻电路 指转化为内能的那部分电能 纯电阻电路与非纯电阻电路 例1 一台电动机 线圈电阻是0 4 当它两端所加的电压为220v时 通过的电流是5a 这台电动机每分钟所做的机械功有多少 答案 6 54 104j 例2 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 答案 4 电动机 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 3v 电流为0 3a 松开转轴 在线圈两端加电压为2v时 电流为0 8a 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 答案 1 6w 0 96w 例4 对计算任何用电器的电功率都适用的公式是 例5 将一台 220v ioow 的电风扇 一个 220v ioow 的充电器 一把 220v ioow 的电烙铁分别接到220v的电源上 在相同的时间内 电流通过它们产生的热量最多的是a 电烙铁b 充电器c 电风扇d 一样多 例6 一只标有 6v9w 的灯泡接在某电源上 测得流过灯得电流为1安 则此时灯的功率为a 小于9瓦b 等于9瓦c 大于9瓦d 无法确定 例7 下表所示为国产某型全自动洗衣机说明书所列的主要数据 由此表可知 1 这台洗衣机在额定电压下脱水时 通过洗衣机的电流是a 2 如洗衣60min 脱水的时间30min 这台洗衣机共消耗电能kwh 1a 0 55 例8 如图是一台电冰箱的铭牌 其中 耗电量0 50 kw h 24h这个参数的含义是 该冰箱正常使用24h消耗的电能为 如果按照额定功率70w和工作24h计算 则消耗的电能是 kw h 这个计算结果与冰箱铭牌上提供的相关参数差异较大 是由于冰箱具有 工作的特点而造成的 0 50kw h 1 68 不连续 例9 如图所示为现在家庭常用的电水壶 一种在倒水时导线脱离 用电加热的方便水壶 的名牌 某同学用这种电水壶烧开水 他将水放至最大水量 测得水的初温是20 通电5分50秒 水烧开 在一个标准大气压下 试通过计算 回答下面问题 已知水的比热容为4200焦 千克 1 此电水壶正常工作时的电流 2 该电水壶电热丝的电阻多大 3 水所吸收的热量是多少 答案 1 5 5a 2 40 3 3 36 105j 答案 5 28 10 j 例10 家用电熨斗为满足不同布料的整烫需要 通常设计成三档不同的温度档 如图是它的工作原理图 其中 为电热丝 且 110 图乙是电熨斗旋转开关在不同温度档时的连接情况 求电熨斗处于 高温档 时 工作1分钟所产生的热量 例11 电饭锅工作时有两种状态 一种是锅内的水烧干以前的加热状态 另一种是水烧干以后的保温状态 如图是电饭锅的电路图 是一个电阻 为加热用的电热丝 1 自动开关s接通和断开时 电饭锅分别处于哪种状态 说明理由 2 要使在保温状态下的功率是加热状态的一半 应该是多少 答案 1 s闭合为加热 断开为保温 2 ra u2 pa 484 ia pa u 0 455arb u2 pb 1210 ib pb u 0 182a 串联后 两灯的电流相同 根据p ui i2r可知 电阻大的灯泡实际功率大 所以b灯较亮 电灯串联后 通过的电流不能超过串联灯泡中额定电流最小的电流值 所以此时的电灯中的最大电流是ib 0 182a 加在灯泡两端的总电压u ib ra rb 308v 此时两灯的实际功率p实 ib2 ra rb 56w 例12 两个灯泡a 220v100w 和b 220v40w 串联后接在电路中 通电后 那个灯泡更亮 电路中允许通过的最大电流是多少 此时两灯所加上的电压是多大 两灯的实际功率是多少 例13 额定电压都是110v 额定功率a为100w b为40w的电灯两盏 若接在电压是220v的电路上 使两盏电灯均能正常发光 且电路中消耗功率最小的是下图中的哪一个 例14 在如图所示的电路的方框内有一种发热装置 它是由三段阻值相同的电热丝组成 这个发热装置的电路与方框外的电路相连接 当开关s