选修3焦耳定律

第二章恒定电流 2 5焦耳定律 想想他们有什么共同点 电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程 一 电功 电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做功 电场力对电荷做功 电荷的电势能减少 其他形式的能增加 1 定义 电场力 或电流 所做的功 电饭锅 电能转化成内能 电池充电 电能转化成化学能 电灯 电能转化成内能和光能 电场力做功 W qU 一 电功 一段电路两端的电压为U 通过的电流为I 则在时间t内通过这段电路任一横截面积的电荷量 2 公式 q It 电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流I 电路两端的电压U 通电时间t三者的乘积 3 单位 焦 J 千瓦时 kW h 1kW h 3 6 106J 一 电功 W UIt 2 公式 1 定义 电场力 或电流 所做的功 1 定义 单位时间内电流所做的功 表示电流做功的快慢 电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积 3 单位 瓦 W 千瓦 kW 1kW 103W 二 电功率 额定功率和实际功率额定功率 用电器在额定电压下工作的功率 实际功率 用电器在实际电压下工作的功率 几种常见家用电器的额定功率 二 电功率 输入功率和输出功率输入功率 用电器输入端的电压与输入电流之积 输出功率 用电器对外做功的功率 一个电炉额定电压为220V 额定功率为800W 如果接入110V电路中 实际消耗的功率为多大 200W 在真空中 电场力对电荷做正功时 减少的电势能转化为电荷的动能 三 电热 1 定义 电流通过导体产生的热量 电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢 在金属导体中 由于电流热效应 将电能全部转化为内能 导体发热 三 电热 2 公式 电能全部转化为内能 Q W IUt 欧姆定律 U IR 1 定义 电流通过导体产生的热量 焦耳定律 电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方 导体的电阻R和通电时间t三者的乘积 焦耳定律适用于 纯电阻电路 非纯电阻电路 纯电阻电路 只含有电热元件的电路 如白炽灯 电炉 电烙铁 及转子被卡住的电动机 非纯电阻电路 电路中含有在转动的电动机或有在发生化学反应的电解槽的电路 Q I2Rt 1 公式 三 电热 2 单位 焦 J 千瓦时 kW h 1 定义 单位时间内的发热量 四 热功率 热功率P等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积 3 单位 瓦 W 千瓦 kW 例 取一个玩具小电动机 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 电压表的示数为0 5V 电流表的示数为0 5A 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 电压表的示数为2 0V 此电压为小电机的额定电压 电流表的示数0 4A 算出小电机消耗的电功率和热功率 并加以比较 1 电机不转时 U 0 5V I 0 5A P电 UI 0 5 0 5W 0 25WP热 I2R 0 5 2 1 0W 0 25W 2 电机转动时 U 2 0V I 0 4A P电 UI 2 0 0 4W 0 8WP热 I2R 0 4 2 1 0W 0 16W P电 P热 P电 P热 纯电阻电路 电能 内能 QI2Rt WIUt I U R 非纯电阻电路 电能 内能 其它形式的能 W W其 Q IUt I2Rt I U R 说明 欧姆定律不适用于非纯电阻电路 指某段电路在某段时间内消耗的全部电能 指转化为内能的那部分电能 电功和电功率 电热和热功率 三 电热Q定义 电流通过导体产生的热量 公式 Q I2Rt单位 J焦耳定律 电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方 导体的电阻R和通电时间t三者的乘积 一 电功W定义 电场力 或电流 所做的功 公式 W IUt单位 J1kWh 3 6 106J 二 电功率P定义 单位时间内电流所做的功公式 P W t IU单位 WkW 四 热功率P热定义 单位时间内的发热量公式 P热 Q t I2R单位 WkW 小结 对纯电阻电路 电功 电热电功率 热功率对非纯电阻电路 电功 电热电功率 热功率 例1 对计算任何用电器的电功率都适用的公式是 CD 例2 对计算任何用电器的热功率都适用的公式是 AD 例3 一个电动机 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 解 电动机消耗的电功率P电 电动机的发热功率P热 转化为机械能的功率P机 三者之间遵从能量守恒定律 P电 P热 P机由焦耳定律 电动机的热功率为 P热 I2R消耗的电功率为 P电 IU因此电动机所做机械功的功率 P机 P电 P热 IU I2R根据功率与做功的关系 电动机每分钟所做的机械功为 W P机t IU一I2R t 5 220 52 0 4 60J 6 5 104J 解 据能量守恒定律得 IUt I2Rt W故电动机每分钟所做的机械功为 W IU I2R t 5 220 52 0 4 60J 6 5 104J 例3 一个电动机 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 对纯电阻电路 电功 电热电功率 热功率对非纯电阻电路 电功 电热电功率 热功率 小结 电功和电功率 电热和热功率 1 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 A 2 3 6B 6 3 2C 1 2 3D 3 2 1 在串联电路中 功率跟电阻成正比 A 在并联电路中 功率跟电阻成反比 2 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 6B 6 3 2C 1 2 3D 3 2 1 D 3 在电阻上除了标明电阻值 还标明额定功率值 这是它工作时允许消耗的最大功率 超过这个功率 电阻器就会被烧坏 现有一个 100 4W 的电阻器 允许通过这个电阻器的最大电流为多大 允许加在这个电阻器两端的电压为多大 0 2A 20V 拓展 有人用一个 100 4W 的电阻和一个 50 8W 的电阻串联 作为150 电阻使用 则该150 电阻允许通过的最大电流为 能承受的最大电压为 额定功率为 0 2A 30V 6W 5 如图所示 两只灯泡L1 L2分别标有 110V 60W 和 110V 100W 字样 另外有一只滑动变阻器R 将它们连接后接入220V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