选修3-1§2.5焦耳定律导学案.doc

高二物理集体备课组共案 选修3-1 NO.2.5 执笔：侯付永班级： 组别： 姓名： 组内评价： 教师评价： 2.5 焦耳定律 课 型：新授课 【教学目标】 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 过程与方法通过推导电功的计算公式和焦耳定律，培养学生的分析、推理能力。 情感态度与价值观通过电能与其他形式能量的转化和守恒，进一步渗透辩证唯物主义观点的教育。【教学重、难点】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：1.电功率和热功率的区别和联系。2.非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。【学法指导】 等效法、类比法、比较法、实验法【课前准备】灯泡（36 V，18 W）、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线若干、投影仪、投影片、玩具小电机【课前预习】知识点一：电功和电功率1、电功（W）：（1）能量转化 电炉通电时，_能转化为_能；电动机通电时，_能转化为_能；蓄电池充电时，_能转化为_能；电流做功的过程就是_能转化为_能的过程。（2）定义：电流流过导体，导体内的自由电荷在电场力作用下发生_，在移动的过程中，电场力对自由电荷做了_，也就是通常说的电流做的功，简称电功。（3）公式推导：电场力的功的定义式_，电流的定义式_，则有W=_。即电流在一段电路中所做的功等于这段电路_、电路中的_、_三者的乘积。在纯电阻电路中还可写成：W=_=_。（4） 国际单位：_（符号J），常用的单位还有：千瓦时（kWh）,亦称为度，1kWh=_J 。（5）物理意义：反应了_转化为_的多少。2、电功率（P）（1）定义： 内电流所做的功叫做电功率。（2）表达式：电流在一段电路上做功的功率等于 与 的乘积。即P = 。（3）单位：国际单位制中： 。（4）物理意义：表示电流做功的 。（5）额定功率：用电器在 （填“额定”或 “实际”）电压下正常工作所消耗的电功率。（6）实际功率：用电器在 （填“额定”或 “实际”）电压下工作所消耗的电功率3、W= qU=UIt是 的普适式，P= UI是 的普适式，适用于 电路。4、串并联中的功率分配（1）串联电路中的功率分配与电阻成 ，总功率等于各电阻消耗功率 。（2）并联电路中的功率分配与电阻成 ，总功率等于各支路消耗功率 。例1不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V，40W”的灯泡，下列说法正确的是 （ ）A.接在110 V的电路上时的功率为20 WB.接在110 V的电路上时的功率为10 WC.接在440 V的电路上时的功率为160WD.接在220 V的电路上时的功率为40 W变式1：将标有“220V，100W”和“220V，25W”字样的两个灯泡A和B串联后接入电路，为使两个灯泡都能安全使用，电路两端所加电压的最高值是多少？这时两灯的实际功率之和是多少？变式2：下图所示的电路中，三电阻串联，其阻值R1=2，R=3，R=6，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则 P1：P2：P3等于 ( )R1R2R3A、2：3：6 B、6：3：2 C、1：2：3 D、3：2：1变式3：下图所示的电路中，三电阻并联，其阻值R1=2，R=3，R=6，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则 P1：P2：P3等于( )A、2：3：6 B、6：3：2 C、1：2：3 D、3：2：1知识点二：焦耳定律1、电流的热效应：电流在通过导体时，导体要发热， 能转化为 能。这就是电流的热效应2、内容：电流通过导体产生的热量跟电流的 成正比，跟导体的电阻成 ，跟通电时间成 。3、表达式：电热Q= ，。注意：焦耳定律是电流热效应的实验定律，凡是计算电热，都应选用焦耳定律。适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。4、热功率（P）：定义： 称为热功率。表达式：P = 。5、电功和电热的区别和联系（1）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 和通过的 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 和 的乘积（2）在纯电阻电路中：电流通过用电器以 为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。这时电能全部转化为 ，电功 电热，即W=UIt=I2Rt=.同理P=UI=I2R=.（3）在非纯电阻电路中：电流通过用电器是以转化为内能以外的 为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等. 这时电路消耗的电能，即W=UIt分为两部分，一大部分转化为 的能（例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为 ，Q=I2R t（电枢的电阻生热）. 这里W =UIt不再等于Q=I2Rt，应该是W =E其他Q.（4）电功和电热是两个不同的物理量，只有在纯电阻电路中，电功才等于电热，W=Q=UIt=I 2R t=；在非纯电阻电路中，电功大于电热，WQ，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用Q=I2Rt计算，两式不能通用（纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件；非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路）例2 一台电动机，线圈电阻为0.4，当它两端所加电压为220 V时，通过的电流是5A问：（1）电动机的输入功率多大？（2）电动机每分钟消耗电能多少？（3）电动机每分钟产生的电热多少？产生机械能多少？变式4：一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?【课内探究】探究一：电功和电功率 阅读教材P53页电功和电功率，回答以下问题：问题1：电功的实质是什么？课本是如何推导出电功的表达式的？问题2：电功和电功率各自的物理意义是什么？探究二：焦耳定律 阅读教材P53-54页焦耳定律，回答以下问题：问题3：什么是电流的热效应？探究三：电功和电热的比较、电功率和热功率的比较问题4：对任何电路，电流做功和电热，各自应如何计算？问题5：在纯电阻电路中，电功和电热，电功率和热功率之间有什么样的关系？问题 6：在非纯电阻电路中，电功和电热，电功率和热功率之间又是什么样的关系？【归纳与总结】纯电阻电路 非纯电阻电路:电能W电能W Q=I2Rt W=UIt（I=U/R）M（IU/R）电功：W= UIt电热：Q=I2Rt电功率：P=UI热功率：P热=I2R运转卡住内能Q焦耳定律电热内能Q+其它形式的能 W=UItQ=I2Rt电功等于电热电功大于电热【方法点拨】 电路结构分析 1、复杂电路的等效化简方法：（1）电路化简时的原则：、无电流的支路化简时可去除；、等电势的各点化简时可合并；、理想导线可任意长短；、理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路。（2）常用等效化简方法：电流分支法：a、先将各结点用字母标出；b、判断各结点元件的电流方向；c、按电流流向，自左向右将元件、结点、分支逐一画出；d、将画出的等效图加工整理。等势点排列法：a、先将各结点用字母标出；b、判断各结点电势高低；c、将各结点按电势高低自左向右排列，再将各结点间的支路画出；d、将画出的等效图加工整理。2、含有电容器的直流电路的分析方法：、电路稳定时，电容器是断路的，其两端电压等于所并联的电路两端的电压；、电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电；如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并接的电路放电。例1：如图甲所示，设R1=R2=R3=R4=R，求电键K闭合和开启时，A、B两端电阻之比。解析：用分支法简化电路：由A经R1为第一支路到B，（原则上最简便直观）；由A取第二支路经R2经C到B；由A取第三支路经R3到D再经R4到B；CD间接有K，如图乙所示。（RABR/AB=56）KR2R3ABCDR1R4例1图乙ABCDMNKC1C2R1R2例2图18VABCDR1R4例1图甲KR2R3例2：如图所示，M、N两点间电压为18V，=6，=3，=6F，=3F；当电键K断开时，A、B两点间的电压为_18_伏，当K闭合时，电容器C1的电量变化了_- 0.36_库【自我测评】1、关于公式： P =IU 、 P =I 2R 、 P =U 2/R ，下述正确的是： （ ）A公式适用于任何电路的电功率B公式适用于任何电路的电功率C公式、均适用于任何电路的电功率D以上说法均不正确2、两个绕线电阻分别标有“100、10w”和“20、40W”，则它们的额定电流之比为：（ ）3、一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R。设通过它们的电流相同（电动机正常运转），则在相同的时间内： （ ）A电炉和电动机产生的电热相等B电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率C电炉两端电压小于电动机两端电压D电炉和电动机两端电压相等4、一个标明“1k，10W”的电阻，允许通过的最大电流为 ，允许加在这个电阻两端的最大电压为 。当这个电阻两端的电压为40V时，它消耗的实际功率为 。（设电阻阻值不随温度变化）5、“220V、5.5kW”的电动机，电阻为0.4，它在正常工作时的电流为 A，1s钟内产生的热量是 J，1s内有 J的电能转化为机械能。6、如图4，为用直流电源给蓄电池充电的电路。若蓄电池的内阻为r，电流表和电压表的示数分别为I和U，则输入蓄电池的功率为 ，蓄电池的发热功率为 ，电能转化为化学能的功率为 。7、某一用直流电动机提升重物的装置如图所示重物的质量m50kg，电源电动势110V不计内阻及各处的摩擦，当电动机以v0.90ms的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I5A，由此可知电动机线圈的电阻 R 。 8、一根电阻丝在通过2C的电量时，消耗电能是8J。若在相同时间内通过4C的电量，则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为 （ ）AU4V BU=8V CE16J DE=32J9、已知R1、R2都标有4W 100字样，而R3标有1W 100字样按图中所示的电路连接，则A、B间允许消耗的最大电功率为 W10、规格为“220V，1000W”的电炉，求： (1)电炉正常工作时，通过电阻丝的电流 (2)电炉的电阻 【课堂检测】1.教材P55 问题与练习 1、2、3、4、5题。2一只普通的家用照明白炽灯泡正常发光时，通过它的电流值与下列哪一数值较为接近 （ ）A20A B. 2A C. 0.2A D. 0.02A3对于由金属电阻丝做成的电热用电器，下列说法正确的是 （ ）A如果额定功率相同，额定电流大的用电器电阻大B如果额定功率相同，额定电流大的用电器电阻小C如果额定电压相同，额定功率大的用电器电阻大D如果额定电流相同，额定功率大的用电器电阻大4.有两个电阻R1和R2,且R1R2,下列说法正确的是 （ ）A由公式P=I2R可知,电阻大的消耗的功率多,所以有P1P2B. 由公式P=U2/R可知,电阻小的消耗的功率多,所以有P1P2C. 由公式P=IU可知,消耗的功率多少与电阻无关,所以有P1=P2D.在所加电压相同的情况下,由公式P=U2/R可知,有5两只额定电压相同，额定功率之比为21的电灯，若把它们串联在电路中，则它们消耗的实际功率之比为 （ ）A12 B.21 C.14 D.116室内有五种用电器:1.5kW的电饭锅,200W的电冰箱,750W的取暖器,250W的电视机和2kW的空调机,供电电压是220V,进线处有13A的保险丝,为不使保险丝烧断,下列用电器不能同时使用的是 ( )A.电饭锅和电冰箱 B.取暖器和空调机7题图C.电饭锅和空调机 D.电冰箱、电视机和空调机7如图所示A、B两点间电压为18V，R1=0.2，电动机M的内阻也是0.2，线路中的电流是25A，则此电路中电能转化为机械能的效率是 （ ）A.72 B.28 C.55.6 D.44.48直流电动机线圈的电阻为R，当电动机正常工作时，通过的电流强度为I，电动机两端的电压是U，则电动机的热功率_，消耗功率是_，对外输出功率是_.ABCRRR9题图9如图所示，三个阻值相同的电阻接在电路中，已知三个电阻的额定功率均为10W，则AC间允许消耗的最大功率是 。10电动机的额定电压是110V，额定功率是2.2kW，线圈的电阻是0.5,求：（1）电动机正常工作时的电流多大？（2）1s时间内线圈上产生的热量是多少？（3）1s时间内转化的机械能有多少？（4）用此电动机提升质量为100kg的重物，匀速运动时的速度多大？11.一个标有“220V，100W”的白炽灯泡，若忽略温度对电阻的影响，问：（1）这盏灯的电阻多大？（2）这盏灯正常发光24h，用电多少度？（3）把这盏灯接到110V的电路里，它所消耗的电功率为多大？MAUR电动机12题图