焦耳定律电路中的能量转化带答案

1、2.6焦耳定律电路中的能量转化1理解电功的概念及公式，并能进行有关的计算2认识焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生产中的应用.3知道电功率和热功率的区别与联系4能从能量转化与守恒的角度来理解闭合电路欧姆定律1重点难点教学重点：电功、电功率的概念及其公式；焦耳定律、电功率和热功率的概念及其公式.教学难点：电功率和热功率的区别与联系2教学建议在教材中，纯电阻电器与非纯电阻电器虽然没有被明确提出来，但其与现实生活联系紧密，可通过身边的事例让学生进行分析本节内容还可以把前面的闭合电路欧姆定律、串联和并联、能的转化和守恒等知识结合起来教材图 262 揭示了不同电路中的能量转化情况，教学中要充分利用好这幅图1

2、电功和电功率(1)电功(即电流做功)实质上是导体中的_移动电荷所做的功电功(W)的公式：_国际单位制中电功的单位是_(2)电功率就是电功的效率，即单位时间内电流所做的功电功率的计算公式：P_国际单位制中，电功率的单位是_2焦耳定律和热功率(1)焦耳定律是英国科学家焦耳通过_得到的，即电流通过导体产生的_跟电流的二次方成正比，跟电阻成正比，跟通电时间成正比公式可表示为：_(2)热功率：电阻通电的发热功率 P热_3电路中的能量转化(1)电源将其他形式的能转化为电能，由于电源本身也有一定的内阻，电流流过时电源也会_，消耗一部分电能(2)在外电路上，通过电场力做功，电源输出的电能转化为_(3)设电源电

3、动势为 E， 内电阻为 r， 路端电压为 U， 通过电源的电流为 I， 则内电路的热功率为_，外电路的电功率(输出功率)为_，电源把其他形式的能量转化为电能的功率为_参考答案：1(1)电场力WqU焦耳(符号 J)(2)WtUI瓦特(符号 W)2(1)实验热量QI2Rt(2)QtI2R3(1)发热(2)其他形式的能量(3)I2rIUIE(或 IUI2r)主题 1：电流做功与能量转化情景：随着生活水平的提高，空调、电热水器等大功率用电器的使用也随之增多用电器通电后，可以将电能转化为其他形式的能量问题：(1)请同学们列举生活中常用的用电器，并说明其能量的转化情况(至少列出三种)(2)说说电能具有哪些

4、优点解答：(1)电灯把电能转化成内能和光能；电炉把电能转化成内能；电动机把电能转化成机械能；电解槽把电能转化成化学能；等等(2)电能具有许多优点， 它便于通过不同的用电器转换成人们需要的其他各种形式的能量， 如电能电动机机械能、电能电热器内能、电能蓄电池化学能等另外，电能使用时的效率一般比较高，电能的输送也比较方便、快捷主题 2：电功的计算情景：导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，尽管导线中的电荷在运动，但电荷的分布是稳定的， 电场的分布也是稳定的 这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场，如图所示恒定电场的基本性质与静电场相同，在静电场中所讲的电势、电势差及其

5、与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用问题：(1)请根据以上的认识推导电流做功的定义式(2)功是能量转化的量度电能转化为其他形式能的过程是通过什么做功实现的？解答：(1)设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为q，在这一过程中，电场力做的功为 WqU.电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功由于WqU，且 qIt，所以 WUIt.(2)通过电流做功实现的主题 3：纯电阻与非纯电阻(重点探究)问题： (1)电流通过纯电阻(如电阻丝)时只会发热，

6、电流通过非纯电阻(如电风扇)时不但会发热还会带来其他效果从能量转化角度分析，电流通过纯电阻和非纯电阻时有什么不同？(2)纯电阻电器与非纯电阻电器有时是可以转变的，如电机刚启动时，电机基本上没有转动，可看做纯电阻电器，电机正常运转后，它就是非纯电阻电器当大型电机启动时，正常发光的白炽灯都会暗一下再转为正常发光根据这一现象，分析欧姆定律的适用情况，比较纯电阻电路与非纯电阻电路，它们有什么区别？在电器两端加上相同电压的情况下，是纯电阻中的电流大还是非纯电阻中的电流大？解答：(1)电流通过纯电阻，电能全部转化为内能；电流通过非纯电阻，电能一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能等

7、)(2)纯电阻电路遵从欧姆定律，即 IUR；非纯电阻电路不遵从欧姆定律根据给出的现象可知，电机看做纯电阻电器时通过的电流大(通过与之并联的白炽灯的电流就小了)，电机看做非纯电阻电器时通过的电流小(通过与之并联的白炽灯的电流就大了)，所以非纯电阻电路中 IUR.一、纯电阻电路中电功、电热、电功率、热功率的计算例 1将一只规格为“220 V2000 W”的电炉接在市电电网中，求其在正常工作时的电阻若电网电压为 200 V，电炉的电阻与正常工作时的电阻相同，求其实际功率在 220 V 的电压下，如果平均每天使用电炉 2 h，则此电炉一个月(按 30 天计)要消耗多少度电？【分析】认真审题，明确电炉的

8、电阻并不随电压的变化而变化根据题设条件，选择合适的功率公式进行求解.1 度电等于功率为 1000 W 的用电器一小时所消耗的电能【解析】电炉为纯电阻元件设电炉电阻为 R，由 PU2R得：RU2P2202200024.2 当电压 U200 V 时，电炉的实际功率为：PU2R200224.2W1653 W在 220 V 电压下，平均每天使用 2 h，则一个月耗用的电能为：WPt2230 kWh120 kWh.【答案】24.2 1653 W120 kWh【点拨】当用电器电压达不到额定电压时，其实际功率会小于额定功率电能的单位在生活中通常用“度”表示，1 度1 kWh11033600 J3.6106J

9、.二、非纯电阻电路中电功、电热、电功率、热功率的计算例 2有一个直流电动机，把它接入电压为 0.2 V 的电路中时，电动机不转，此时测得流过电动机的电流是 0.4 A；若把电动机接入电压为 2.0 V 的电路中，电动机正常工作，工作电流是 1.0 A，则电动机正常工作时的输出功率是多大？如果在电动机正常工作时，转子突然卡住，则电动机的发热功率是多大？【分析】电动机正常工作时，电功率与热功率公式仍然成立，但部分电路欧姆定律不成立，即 IUr.【解析】电动机在接入 0.2 V 的电路后，电动机不转，测得电流是 0.4 A，可知此时的电功等于电热，根据欧姆定律，可求得线圈内阻 rUI0.5 将其接入

10、 2.0 V 的电路后，电流为 1.0A，电动机正常工作，根据公式可知：电动机输入功率 PUI2.0 W电动机发热功率为：P热I2r0.5 W输出功率 P输PP热1.5 W如果在正常工作时电动机被卡住，则电流做的功全部转化为电热，此时 P热U2r8 W.【答案】1.5 W8 W【点拨】电动机正常工作时是非纯电阻电器，其电能转化为机械能和内能；当有电流通过但电动机转子不转时，电动机应看成是纯电阻电器，其电能全部转化为内能，消耗的电能更多，且电动机在此种情况下容易烧坏，应尽量避免三、闭合电路中的功率问题例 3如图所示，电路中电池的电动势 E5 V，内电阻 r10 ，固定电阻 R90 ，R0是可变电

11、阻，在 R0从零增加到 400 的过程中，求：(1)使可变电阻 R0消耗功率最大的条件和其最大热功率(2)电池的内电阻 r 和固定电阻 R 消耗的最小热功率之和(3)R0调到多少时，R 消耗的功率最大为多大【分析】求 R0消耗的功率最大时，可将 Rr 都当做电源的内电阻来处理；求 R 消耗的功率最大时，R0不能当做电源内阻，因为它是可变的，调到最小时，电路中的电流最大，因此 R 上的功率就最大【解析】(1)可变电阻 R0消耗的热功率：P0I2R0ER0rR2R05R01002R025（R0100）2R0400故 R0100 0，即 R0100 时，P0最大，其最大值：P0max25400W11

12、6W.(2)当电流最小时，电阻 r 和 R 消耗的热功率最小，此时 R0应调到最大值 400 ，内阻 r 和固定电阻 R上消耗的最小热功率之和为 PminER0Rr2(Rr)0.01 W.(3)当 R00 时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时 R 上有最大功率即 PRERr2R59010290 W0.225 W.【答案】(1)R0100 116W(2)0.01 W(3)R000.225 W【点拨】当内外电路电阻相等时，电源有最大输出功率，这个条件适用于求变阻器上消耗的最大功率，不适用于求定值电阻上消耗功率的最大值因为 R0是可变电阻，不能当做电源内阻当 R0的阻值等于零时，电路中

13、会出现最大电流，而此时是 R 达到最大功率的条件1(考查功率、焦耳定律的理解)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，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt 适用于任何电路，而 WI2RtU2Rt 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【解析】根据电功率公式 PWt可知，功率越大，电流做功越快，对于一段电路，有 IPU，焦耳热 QPU2Rt，可见 Q 与 P、U、t 都有关，所以，P 越大，Q 不一定越大，A 不对；WUIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而 IUR只适用于纯电阻电路，B 对；在非纯电阻电路中，

14、电流做的功等于焦耳热与其他形式的能之和，所以 WQ，即 UII2R，C 正确；QI2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 正确【答案】BCD2. (考查非纯电阻电路功率的理解)一只功率为 40 W 的普通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()A20 AB2 AC0.2 AD0.02 A【解析】家用照明白炽灯泡正常发光时，其电压一般为 220 V，根据 PUI 可计算得电流大约为 0.2A.【答案】 C3. (考查电路中能量转化)有一个电动势为 3 V、内阻不能忽略的电池，两端接一纯电阻 R，若有 1 C 电荷量通过电阻 R 时，在 R 上产生

15、的热量()A大于 3 JB小于 3 JC等于 3 JD内阻未知，无法确定【解析】电池消耗的总电能 WEItEq3 J，因电池内阻不能忽略，故 R 上产生的热量 QRP2BP12D12，只有 C 正确【答案】C8甲、乙两灯泡的额定电压都是 110 V，额定功率分别为 P甲100 W、P乙40 W现将它们接在 220V 的电路中，使两灯泡均正常发光，如图所示下列连接正确且消耗电功率最小的电路是()【解析】两灯正常发光，则两灯的实际电压都要等于其额定电压由 PU2R，可知 R甲R乙再根据串联分压原理，电路 A 中 U甲110 V，U乙110 V，两灯不能正常工作，选项 A 错误电路 B 中的甲灯和变

16、阻器并联后的电阻比甲灯的电阻还要小，即仍有 U甲110 V，U乙110 V，所以选项 B 错误电路 C 和 D 中，两灯电压均有可能为 110 V，此时要看电路消耗的功率谁最小电路 C 中甲灯消耗的功率为 100 W，乙灯和变阻器并联后的阻值与甲灯的阻值相等，所以电路消耗的总功率为 200 W；电路 D中，甲、乙两灯并联后的阻值与变阻器相等，所以变阻器消耗的功率为 140 W，电路消耗的总功率为 280W由此可知电路 C 消耗的功率最小【答案】C9图示是甲、乙两灯泡的 IU 图象，根据图象，计算甲、乙两灯泡并联在电压为 220 V 的电路中，实际发光的功率约为()A15 W、30 WB30 W

17、、40 WC35 W、55 WD60 W、100 W【解析】 从图象的横坐标(U)为 220 V 的刻度线可找出对应的纵坐标(I)的值分别为 I甲0.16 A， I乙0.25A，则 P甲UI甲35 W，P乙UI乙55 W，C 正确【答案】C10图示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻 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，不计一切摩擦问：(1)电动机线圈的电阻消耗的热功率是多少？(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少？(3)10 s 内，可以把重物 A 匀速提升多高？(4)这台电动机的机械效率是多少？【解析】(1)热功率 P热I2r121 W

18、1 W.(2)输入功率 P入IU15 W5 W输出功率 P出P入P热5 W1 W4 W.(3)电动机输出的功率转化为机械功率用来提升重物，由 P出tGh，得 hP出tG41020m2 m.(4)机械效率P出P入100%80%.【答案】 (1)1 W(2)5 W4 W(3)2 m(4)80%11将直流电动机和电炉并联后，接在直流电源上，如图所示已知电源的内阻 r1 ，电炉的电阻 R119 (认为其阻值恒定，不随温度变化)，电动机线圈绕组的电阻 R22 .当开关 S 断开时，电炉的功率是 475 W；当开关 S 闭合时，电炉的功率是 402.04 W求：(1)直流电源的电动势 E.(2)开关 S

19、闭合时，电动机输出的机械功率【解析】(1)S 断开时，电炉的功率为：PI2R1ER1r2R1，解得：E100 V.(2)S 闭合时，根据电炉的功率 P1I12R1得通过电炉的电流 I14.6AR1两端的电压 UI1R187.4 V设干路电流为 I，由 EUIr得：IEUr10087.41A12.6A通过电动机的电流为 I2II112.6A4.6 A8A电动机所消耗的电功率为 P电I2U887.4 W699.2 W电动机消耗的热功率为 P热I22R2822 W128 W故电动机的机械功率为 PP电P热571.2 W.【答案】 (1)100 V(2)571.2 W12如图所示，电源的电动势 E8

20、V，内阻 r2 ，电路中电阻 R18 ，R2为滑动变阻器问：(1)要使滑动变阻器获得的电功率最大，则 R2的值应是多大？这时 R2消耗的功率为多大？(2)要使 R1消耗的电功率最大，则 R2的取值多大？R1的最大功率为多大？这时电源的效率是多少？【解析】(1)把 R1看成是电源内阻的一部分，这样内阻就是 R1r，利用内外电阻相等时，电源输出功率最大，可以求解当 R2R1r8 2 10 时，R2有最大的功率 P2ER2R1r2R2代入 R2R1r，得 P2E24R282410W1.6 W.(2)因为 R1是定值电阻，所以流过 R1的电流越大，R1的功率就越大因为 R1与 R2串联，所以当 R20

21、 时，电路中有最大电流 IER1r882A0.8 A此时 R1有最大功率，最大功率为 P1I2R10.828 W5.12 W这时电源的效率为R1R1r100%882100%80%.【答案】 (1)10 1.6 W(2)05.12 W80%1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，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt 适用于任何电路，而 WI2RtU2Rt 只适用于纯电阻的电路C在不是纯电阻的电路中，UII2RD焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路解析：选 BCD.电功率公式 PWt，功率越大，表示电流做功越快对于一段电路，有 PIU，IPU，焦耳热 Q(PU

22、)2Rt，可见 Q 与 P、U、t 都有关所以，P 越大，Q 不一定越大，A 不对WUIt 是电功的定义式，适用于任何电路而 IUR只适用于纯电阻电路，B 对在不是纯电阻的电路中，电流做的功等于焦耳热与其他形式的能之和，所以 WQ，即 UII2R，C 正确QI2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 正确所以 B、C、D 对2供电电路电源的输出电压为 U1，线路损失电压为 U2，用电器得到的电压为 U3，总电流为 I，线路导线的总电阻为 R，若要计算线路的功率损失，不可用的公式有()AU21/RBIU2CI2RDU22/R解析：选 A.P损I2RU2损R，其中 A 项不对，其

23、余是几种正确可用的表达式3.如图 269 所示，电路两端的电压 U 保持不变，电阻 R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比 R1R2R3是()图 269A111B411C144D122解析：选 C.对 R2、R3，由 PU2/R 知 R2R311，对 R1、R2，由 PI2R，I12I2，所以 R1R2I22I2114，C 选项正确4A、B 两电阻串联后接入电源，改变电源的电压，测得电阻 A、B 的伏安特性曲线如图 2610 所示，则电阻 RA、RB和功率 PA、PB的关系是()图 2610ARARBBRARBCPAPBDPAPB解析：选 BD.由伏安特性曲线可知两电阻 RARB；由于

24、 A、B 两电阻串联，通过 A、B 的电流相等，根据 PI2R 可知 PAPB，故选 B、D.5.如图 2611 所示，发电机的内阻 r0.1 ，负载电阻 R22 ，电路中电流为 I10A，每根连接导线的电阻 RL0.1 ，则发动机的电动势 E_ V，电源的输出功率 P输出_ W发电机的功率 P_ W.图 2611解析：电源的电动势 EI(r2RLR)223 V，电源的输出功率：P出I2R2200 W，发电机的功率 PEI2230 W.答案：22322002230一、选择题1关于计算电功率的三个公式 PUI、PI2R、PU2R的适用范围，以下说法中正确的是()A这三个公式的适用范围相同B第一个

25、公式普遍适用，后两个公式只适用于纯电阻电路C第一个公式适用于无电阻的电路，后两个公式只适用于有电阻的电路D三个公式的适用范围与电路串、并联的方式无关解析：选 BD.电路可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，PUI 对两个电路都适用，而 PI2R 和 PU2R只适用于纯电阻电路，故 B 正确，A、C 错误；这三个公式的适用范围与电路的串、并联方式无关，故 D正确2关于电功率的下列说法中，正确的是()A用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B用电器的实际功率取决于用电器的额定功率C白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率D电功率越小，则电流做功越少解析：选 C. 用电器的额定功率是正常工作时的功

26、率，与实际电流电压无关，电流做功多少还与时间有关，则正确选项为 C.3加在某电动机上的电压是 U(V)，电动机消耗的电功率为 P(W)，电动机线圈的电阻为 r()，则电动机线圈上消耗的电热功率为()APB.U2rC.P2rU2DPP2rU2答案：C4用一个额定电压为 220 V 的电热水器煮沸一壶水需要 t s，如果不考虑煮水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么()A当线路电压为 110 V 时，煮沸一壶水需要 2t sB当线路电压为 110 V 时，煮沸一壶水需要 4t sC当线路电压为 55 V 时，煮沸一壶水需要 4t sD当线路电压为 55 V 时，煮沸一壶水需要 16t s解析

27、：选 BD.由公式 QU2Rt，煮沸一壶水所需的热量为 Q220 V2Rt.当电压变为原来的12时，所需热量没变，因此时间要变为原来的 4 倍，即 4t s，选项 B 正确；当电压变为原来的14时，时间要变为原来的16 倍，即 16t s，选项 D 正确5一根电阻丝，通过 2 C 电荷量所消耗的电能是 8 J若在相同的时间内通过 4 C 的电荷量，则该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是()A4 V,16 JB8 V,16 JC4 V,32 JD8 V,32 J解析：选 D.由 WqU 知，U1W1q14 V当 q24 C 时，I22I1，所以 U2I2R8 VW2q2U232 J，D 选项正确6(2011 年重庆南开中学检测)一内阻为 1.0 的电动机，加上 220 V 的电压后，电动机正常工作，此时通过它的电流为 5 A，则电动机输出功率为()A1125 WB1100 WC1075 WD25 W解析：选 C.电动机消耗的功率 PUI2205 W1100 W，发热功率 PRI2R521 W25 W，所以电动机输出功率 P机PPR1100 W25 W1