高中物理 第二章 恒定电流 5 焦耳定律学案 新人教版选修3-1

1、5焦耳定律学习目标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.一、电功和电功率导学探究如图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？图1答案ItIUt知识梳理1.电功(1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程.(2)电功的计算公式：WIUt.单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kWh)，也称“度”，1 kWh3.6106 J.2.电功率(1

2、)定义：单位时间内电流所做的功.(2)公式：PUI.(3)单位：瓦，符号：W.(4)意义：表示电流做功的快慢.即学即用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10 V，当通过2 C的电荷时，电流做功的功率为20 W.()二、焦耳定律导学探究(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.(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(1)纯电阻电路有：白

3、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)内能内能和机械能知识梳理1.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比.(2)表达式：QI2Rt.2.热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率.(2)表达式：PI2R.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内能.(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽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，还转化为机械能或化学能.(3)电功和电热的计算公式比较纯电阻电路非纯电阻电路电功和电功率WU

4、ItI2RttP电UII2RWUItP电UI电热和热功率QI2RtUIttP热I2RUIQI2RtP热I2R电功和电热关系WQWQE其他Q电功率和热功率关系P电P热P电P热P其他P热欧姆定律是否适用I，适用UIR，不适用即学即用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QI2Rt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WUIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.()一、电功、电热电功率、热功率公式的比较例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

5、流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.WUIt适用于任何电路，而WI2Rtt只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UII2RD.焦耳热QI2Rt适用于任何电路答案BCD解析电功率公式P，表示电功率越大，电流做功越快.对于一段电路，有PIU，I，焦耳热Q()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错.WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I只适用于纯电阻电路，B对.在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，即UII2R，C对.QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D对.1.WUIt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.

6、QI2Rt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WQ，P电P热而在非纯电阻电路中WQ，P电P热.3.在纯电阻电路中，由UItI2Rt得I，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中UItI2Rt知UIR，即欧姆定律不成立.二、纯电阻电路中的功率分配及计算例2额定电压都是110 V、额定功率PA100 W、PB40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V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C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，

7、对灯泡有PUI，可知RARB.对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110 V，B灯被烧毁，UA110 V，A灯不能正常发光.对于B电路，由于RBRA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU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UAUB110 V，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UAUB110 V，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(IAIB)110 V，而D电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，所以C电路消耗电功率最小.1.串联、并联电阻的功率分配(1)

8、串联电路：，(由PI2R可得)，电阻越大，功率越大.(2)并联电路：，(由P可得)，电阻越大，功率越小.2.计算纯电阻电路的功率时，可以用PUI，也可以用PI2R或P.做题时要根据题目灵活选用.针对训练1(多选)有三个电阻的阻值及额定功率分别为R110 、P110 W，R220 、P280 W，R35 、P320 W，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()图2A.图甲两端允许加的最大电压为60 VB.图乙干路允许流过的最大电流为3.5 AC.图丙两端允许加的最大电压为17.5 VD.以上说法均不正确答案BC解析R110 、P110 W，故I11 A，U1I1R110 V

9、；同样R220 、P280 W，故I22 A，U2I2R240 V；R35 、P320 W，故I32 A，U3I3R310 V；图甲中三个电阻串联，取最小额定电流，故最大电流为1 A，故最大电压为：UI(R1R2R3)1(10205) V35 V，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10 V，I20.5 A，故最大电流为：II1I2I33.5 A，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10 V，故最大电流为：I1I21.5 A；并联部分与电阻R3串联，取最小额定电流，故最大电流为1.5 A，故电阻R3两端的电压为1.5 A5 7.5 V，所以丙图两端允

10、许加的最大电压为：10 V7.5 V17.5 V，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IUI2r.(4)电动机的效率：.例3规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(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(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W解析(1)排气扇在

11、 220 V的电压下正常工作时的电流为I A0.16 A发热功率为P热I2R(0.16)240 W1 W转化为机械能的功率为P机PP热(361) W35 W.(2)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I A5.5 A电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电P热UI2205.5 W1 210 W.1.纯电阻电路中，WUItI2RttPUII2R.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，WUItQI2Rt，PUIP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

12、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“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()图3A.电解槽消耗的电功率为120 WB.电解槽的发热功率为60 WC.电解槽消耗的电功率为60 WD.电路消耗的总功率为60 W答案C解析灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流II灯 A，则电解槽消耗的电功率PP灯60 W，A错，C对；电解槽的发热功率P热I2R内1.3 W，B错误；整个电路消耗的总功率P总220 W120 W，D错.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

13、壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为()型号DF938额定功率900 W额定电压220 V额定容量1.2 LA.6.8 A B.4.1 AC.1.2 A D.0.24 A答案B解析由铭牌读出电热水壶额定功率为P900 W，额定电压为U220 V；由PUI得，电热水壶的额定电流为：I A4.1 A.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()图4A.U甲2U乙 B.U甲2U乙C.R甲4R乙 D.R甲2R乙答案BC解析设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，

14、由于两个电路的总功率相等，PU甲IU乙2I，得U甲2U乙；又由U甲2UIR甲，U乙U2IR乙，得R甲4R乙，故正确答案为B、C.3.电阻R1、R2的IU图象如图5所示，则下列说法正确的是()图5A.R1R231B.将R1与R2串联后接于电源上，则电压比U1U213C.将R1与R2并联后接于电源上，则电流比I1I213D.将R1与R2并联后接于电源上，则功率比P1P213答案B解析由图象可知，当I1 A时，U11 V，U23 V，所以R11 ，R23 ，则R1R213，A错.R1与R2串联时，U1U2R1R213，B正确.R1与R2并联时，I1I2R2R131，P1P2R2R131，C、D均错.

15、4.如图6所示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U12 V，电解槽内阻rA2 ，当S1闭合、S2断开时，电流表的示数为6 A；当S2闭合、S1断开时，电流表的示数为4 A，求：(电流表内阻不计)图6(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？答案(1)2 72 W(2)16 W解析(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得I1，则R2 ，其发热功率为：PRUI1126 W72 W.(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P热IrA422 W32 W，总功率为：P总UI2124 W48 W，故电能转化为化学能的功率为：P化P总P热(4832) W16 W.

16、一、选择题(16题为单选题，78题为多选题)1.关于电功W和电热Q的说法正确的是()A.在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，且WQB.在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，但W不一定等于QC.WUIt、QI2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D.WUIt在任何电路中都成立，QI2Rt只在纯电阻电路中才成立答案B解析WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，QI2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路WQ，在非纯电阻电路中WQ，B对，A、C、D错.2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯，各自在额定电压下正常工作了相同的时间.比较它们产生的热量，结果是()A.电风扇最多

17、 B.电烙铁最多C.日光灯最多 D.一样多答案B解析在三种用电器中，只有电烙铁能将电能全部转化为内能，电风扇将部分电能转化为机械能，日光灯将部分电能转化为光能，故B选项正确.3.如图1所示为某两个电阻的UI图象，则R1R2的值和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1P2分别是()图1A.212112B.211221C.121221D.122112答案A4.两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压UAUB，则下列说法正确的是()A.两灯正常发光时，灯泡的电流IAIBB.两灯电阻RARBC.将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PAPBD.将两灯并联后接

18、入电路中发光时，则灯泡的功率PARB，由PIU可知额定电流IAPB，故C错误；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P，所以PAPB，故D正确.5.电阻R和电动机串联接到电路中，如图2所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作.设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有()图2A.U1U2，Q1Q2B.U1U2，Q1Q2C.W1W2，Q1Q2D.W1W2，Q1Q2答案A解析电动机是非纯电阻，其两端电压U2IRU1，B错；电流做的功W1IU1t，W2IU2t，因此，W

19、1W2，C错；产生的热量由QI2Rt可判断Q1Q2，A对，D错.6.A、B为“220 V100 W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220 V40 W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图3所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为()图3A.PAPB，PCPDB.PAPDPBPCC.PDPAPBPCD.PBPCPDPA答案C解析根据R得，RARBRCRD.由电路图知，UBUC，根据P知PBPC；因为IAID，根据PI2R知，PDPA.A、D电流大于B、C电流，由PI2R知，PAPB，PDPC，所以PDPAPBPC.7.日常生活用的电吹风中有电

20、动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到的热风可将头发吹干.设电动机线圈的电阻为R1，它与电热丝的电阻R2相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是()A.IUP B.IUPC.PI2(R1R2) D.PI2(R1R2)答案BC8.标有“6 V6 W”和“6 V3 W”的灯泡L1和L2串联接在某电源上，设灯丝电阻不变，则()A.通过灯L1、L2的电流之比为21B.灯L1、L2的实际功率之比为12C.电源电压为12 V时，灯L1、L2均正常发光D.电源电压为9 V时，灯L2正常发光答案BD解析L1和L2串联接在电路中，电流相

21、等.L1的电阻R16 ，L2的电阻R212 .电阻之比R1R212，所以分压关系U1U212，通过两灯的电流相等，所以功率之比：P1P2I2R1I2R2R1R212.当电源电压为12 V时，可得U14 V，U28 V.电压均不是额定电压，都不能正常发光.当电源电压为9 V时，U13 V，U26 V，L2正常发光.所以正确选项应是B、D.二、非选择题9.有一个小型直流电动机，把它接入电压为U10.2 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I10.4 A；若把电动机接入U22.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I21.0 A，求：(1)电动机正常工作时的输出功率多大？(2)如果在

22、电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？答案(1)1.5 W(2)8 W解析(1)U10.2 V时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻r 0.5 ，U22.0 V时，电动机正常工作.此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的定义式，得P电U2I22.01.0 W2 W.P热Ir1.020.5 W0.5 W.所以由能量守恒定律可得电动机的输出功率P出P电P热2 W0.5 W1.5 W.(2)此时若电动机转子突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率P热 W8 W.10.如图4所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r1 ，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N，不计摩擦力，求：图4(1)电动机线圈电阻