高中物理人教版选修参赛课件《焦耳定律》(17)

2.5焦耳定律,第二章：恒定电流,导,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，能区分电功和电热,思,思考：列举日常生活中的用电器？这些用电器都在进行着哪些能量转化？举例说明.,热水器,白炽灯,电吹风,导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗？如果做功做什么功？,做功，而且做正功。,对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力做了多少功？,电场力做的功:W=qU,在上面所述的导体中是否存在电流？电流强度是多少？,存在，电流强度为：I=q/t,若用电流和电压来表示电流所做的功可表示成什么？,电场力做的功:W=qU=UIt,这就是电路中电场力做功即电功的表达式.,一、电功和电功率,议展,电场力做的功定义式：W=UIt,1电功：在一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，简称为电功,说明：定义式的物理意义：电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。适用条件：U、I不随时间变化的电流恒定电流。,电功的单位：电流单位用安培（A），电压单位用伏（V），时间单位用秒（S），则电功的单位是焦耳（J）,评,2电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率,.一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积,.电功率表示电流做功的快慢,.单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）,1kW103W106mW,说明：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，所以电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。,额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率,几种常见家用电器的额定功率,3.额定功率和实际功率,电流在通过导体时，导体要发热，在此过程中电能转化为什么形式的能量？,电流通过导体，导体发热，在此过程中电能转化为内能。如:电热水器、电炉、电灯、电路中的导体等.,是否所有的用电器都是把电能转化为内能？举例说明。,并非所有的用电器都把电能转化为内能。如电动机可把电能转化为内能和机械能。,我们把电能全部转化为内能的电器元件叫纯电阻元件，把电能不是全部转化为内能的电器元件叫非纯电阻元件。把由纯电阻元件组成的电路叫纯电阻电路，把由非纯电阻元件组成的电路叫非纯电阻电路。,二、电流的热效应焦耳定律,议展,1、电流通过导体时，导体要发热，在此过程中产生的热量如何计算？,电流产生的热量用焦耳定律来计算,2、焦耳定律的内容是什么？怎样表示？,内容：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。,用公式表示为：Q=I2Rt,焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路,由部分电路欧姆定律可知：,注意：上述表达式只适用于纯电阻元件和纯电阻电路,焦耳热的产生原因：金属中自由电子在电场力作用下定向移动，由于电场做功，电子动能增加，但不断地与晶格（原子核点阵）碰撞，不断把能量传给晶格，使晶格中各粒子在平衡位置附近的热运动加剧，从而温度升高。,由于在纯电阻电路中电能全部转化为电热所以电功等于电热，电功率等于电热功率。即：,纯电阻电路的电功和电功率,W=Q=UIt=I2Rt=U2/RtP电=P热=UI=I2R=U2/R,（1）纯电阻电路只含有纯电阻的电路，如电炉、白炽灯等，像演示中电动机不转时的电路.,电流做的功全部转化为内能W电=Q内即P电=P热,下一页,非纯电阻电路的电功和电功率,非纯电阻电路中，电能不但有一部分转化为内能还有一部分转化为其他形式的能量。所以电功不等于电热。以电动机为例，电动机两端电压为U，通过电动机电流为I，电动机线圈电阻为R，则电流做功或电动机消耗的总电能为W，电动机线圈电阻生热Q，电动机还对外做功，把电能转化为机械能W,（2）非纯电阻电路电路中含有电动机在转动或电解槽在发生化学反应的电路.,以电动机为例：,电流做的功一部分转化为内能，主要的一部分转化为机械能，W电=W内+W机即P电=P内+P机,下一页,由能量守恒定律有：,W=W-Q=UIt-I2Rt,考虑每秒钟内能量转化关系，即功率，只要令上述各式中t=1s即可，可得总功率P总=UI，电热功率P热I2R，输出功率,P出P总-P热,额定功率和输出功率,（1）额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。,一般说来，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器功率不是额定功率，而是实际功率。（2）实际功率P=UI，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。,练习：一台电风扇的电动机，它的额定电压为220V，内阻为2，当这台电动机接上额定电压后，通过的电流强度为0.5A，如果通电1min，产生多少电热？有多少电能转化成机械能？,1.电功与电热的关系:,2.在非纯电阻电路中WQ。如在电动机中，输入给电路中的电功部分产生电热，另一部分转变为机械功。即W=E机+Q。,在纯电阻电路中W=Q,区别在于U与IR的关系：纯：UIR非纯：UIR,小结：电功与电热的关系,公式：P=Q/t=I2R,对焦耳定律的理解,焦耳定律定量地描述了电能向内能转化的规律，用公式Q=I2Rt来表示，适用于任何电路。,在电流所做的功全部用来产生热量时，焦耳定律可根据电功公式W=UIt和欧姆定律I=U/R导出：Q=W=UIt=U2t/R，这里的条件是电功全部用来产生电热，上述公式才成立，所以，它们只适用于纯电阻电路。在纯电阻电路中，在不同的情况下，选用不同的公式去解决问题会更简便。,评,例1.对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（）,解析：电功率计算的普通公式为P=W/t=UI,用电器有的是纯电阻用电器（例电炉、电烙铁等）有的是非纯电阻用电器（例电动机、电解槽等）,只有是在纯电阻用电器的前提下，才可由:I=U/R改写电功率的表达式,所以，正确选项为C、D,检,例2.把一根长为L的电炉丝接到220V的电路中用它来烧沸一壶水，需时间t秒钟，若将此电炉丝均匀的拉长，使半径减小为原来的一半，而后再剪掉长为L的一段，再将余下的电炉丝接到同样的电路中，仍用它烧沸一壶同样的水，则需时间秒.,解析：由电阻定律可知，此电阻丝阻值变为原来的12倍，在电压不变的情况下，功率变为原来的1/12，烧沸同一壶水，需要电功相同，则时间变为原来的12倍，故，答案为12t.,t,下一页,例3.某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，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=0.90ms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=10ms2）.,解析：从能量角度讲，电流做的功一小部分用来转化为内能，而大部分用来提升物体，所以有P电=P热+P机而P电=IU=550W，匀速提升时拉力F=mg,所以输出的机械功率即拉力做功的功率为P机=Fv=mgv=450W,所以用来发热的功率为P热100W,又因为P热I2R,所以R=P热/I2=4.答案：4,例4.额定电压都是110V，额定功率P=100W，P=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哪一个？,解析: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.由P=U2/R和已知条件可知，RA110V,灯被烧毁,两灯不能正常发光.对于(2)电路,由于RAUA,B灯被烧毁.对于(3)电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110V，两灯可能正常发光.对于(4)电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，UA=UB=110V，两灯可能正常发光.比较(3)、(4)两个电路，由于(3)电路中变阻器功率为(IA-IB)110，而(4)电路中变阻器功率为(IA+IB)110，所以(