焦耳定律-完整版获奖课件

1、5 焦耳定律【思考】居民家中电表的作用是什么？提示：测量家庭电路中消耗的电能，或者说测量电流做功的多少.【思考】标有“220 V 40 W”的灯泡和“220 V 40 W”的电动机，把它们并联后接到220 V的照明电路中，二者都能正常工作，它们在相同的时间内产生的电热相同吗？提示：不相同.电动机和灯泡消耗的电能相同，电动机有一部分电能转化为电热，另一部分转化为机械能；灯泡消耗的电能全部转化为电热.一、纯电阻电路与非纯电阻电路1.两种电路的比较2.电功与电热 【特别提醒】不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都用W=UIt,功率都用P=UI,热量都用Q=I2Rt,热功率都用P=I2R,若用

2、变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路.【典例1】微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作，求：（1）它的额定输入功率多大？（2）工作时由导线发热损失的功率多大？（3）它的最大输出功率多大？【解题指导】解答本题应明确以下两点关键点【标准解答】（1）电动机的额定输入功率为：P额=UI=2.00.8 W=1.6 W（2）电动机的发热功率为：P热=I2R=(0.8)21 W=0.64 W.（3）根据能量的转化与守恒，电动机的最大输出功率为： P出=P额-P热=0.96 W.答案：（1）1.6 W （2）0.64 W （3）0.96 W【互动

3、探究】若电动机被卡住，则：（1）电动机消耗的功率为多少？（2）在1 s内电动机线圈产生的热量为多少？【解析】（1）若电动机被卡住，不再转动，电能全部转化为电热，电动机消耗的功率为：（2）在1 s内电动机线圈产生的热量为：Q=Pt=41 J=4 J.答案：（1）4 W （2）4 J【规律方法】 电动机电路的分析与计算并不是所有含有电动机的电路都是非纯电阻电路，要注意区分电动机正常工作和被卡住两种情况.（1）当电动机正常工作时，要注意分清电功和电热的关系，电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt，电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求，另外，还要注意能量守恒定律的应用即W=Q+E（E为其他形式的

4、能）或P入=P机+P热，其中，P入=UI，P热=I2R,P机为机械功率.（2）当电动机被卡住时，电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能，W=Q,即UIt=I2Rt.【变式备选】一只规格为“220 V 2 000 W”的电炉，求：（1）在正常工作时的电阻；（2）若电压为200 V，电炉的实际功率；（3）在220 V的电压下，如果平均每天使用电炉2 h，此电炉一个月要消耗多少度电？（一个月按30天计算）【解析】（1）设电炉电阻为R，由 得R=（2）当电压为U=200 V时，电炉的实际功率为：P=（3）在220 V的电压下，一个月耗用电能为：W=Pt=2302 kWh=120 kWh=120度.

5、答案：（1）24.2 （2）1 653 W （3）120度二、串、并联电路中电功率的分析与计算1.串联电路2.并联电路3.结论：无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各电阻消耗的功率之和.【特别提醒】（1）求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比还是反比关系.（2）当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流.【典例2】给定两只标有“110 V 40 W”的灯泡L1和标有“110 V 100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 的滑动变阻器R，将它们接在220 V的电路中，在如图所示的几种接法中，最合理

6、的是( )【解题指导】两盏电灯均能正常发光则必须都达到额定电压，电路消耗功率最小则最合理.【标准解答】选C.L1(110 V 40 W)和L2(110 V 100 W)的额定电压相同，由P= 可知R1R2，由串、并联电路电流、电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光，虽然B、C能使L1、L2同时正常发光，但B中P总=2(P1+P2)，C中P总=2P2，故C正确.【规律方法】 最合理的电灯电路的分析判断方法最合理的电灯电路就是能使灯泡正常发光且电路消耗功率最小，解答此类问题的思路分两步：（1）先分清哪个电路的灯泡能够正常发光，可以从电流、电压、电功率中任选一个量达到其额定值，其他两个也

7、达到额定值的方面分析.（2）确定了正常发光后，再比较哪一个电路的实际功率小，可以用定量计算的方法比较哪个电路的总电流小，也可以用定性分析的方法.【变式训练】如图所示电路中，R1、R2都是“4 W 100 ”的电阻，R3是“1 W 100 ”的电阻，则 A、B间允许消耗的最大功率是( ) A.1.5 W B.9 W C.8 W D. 【解析】选A.R3上最大允许电压为R1和R2上最大允许电压为U1=U2= R1和R2串联后，最大允许电压为U12=40 V所以A、B两点间最大允许电压为UAB=U3=10 V当A、B两点间电压取最大值UAB10 V时，R1和R2上消耗的功率为P12= 此时R3上消耗

8、的功率为P31 W，所以PAB=P12+P3=1.5 W【典例】如图中电源电动势E=12 V,内电阻r=0.5 .将一盏额定电压为8 V，额定功率为16 W的灯泡与一只线圈电阻为0.5 的直流电动机并联后和电源相连，灯泡刚好正常发光，通电100 min，问：（1）电源提供的能量是多少？（2）电流对灯泡和电动机所做的功各是多少？（3）灯丝和电动机线圈产生的热量各是多少？（4）电动机的效率为多少？【解题指导】解答本题应明确以下两点关键点【标准解答】（1）灯泡两端电压等于电源路端电压,U=E-Ir,得总电流电源提供的能量:E电=IEt=81210060 J =5.76105J.(2)通过灯泡的电流电

9、流对灯泡所做的功W1=Pt=1610060 J=0.96105J通过电动机的电流I2=I-I1=6 A电流对电动机所做的功：W2=I2Ut=686 000 J =2.88105J(3)灯丝产生的热量Q1=W1=0.96105J电动机线圈产生的热量(4)电动机的效率:=答案：（1）5.76105J （2）0.96105 J 2.88105J（3）0.96105 J 1.08105J （4）62.5电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，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M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过R做功为W1,产生的热量为Q1

10、,电流通过电动机做功为W2,产生的热量为Q2.则有( )【错误案例】将非纯电阻电路与纯电阻电路混淆导致错误A.U1Q2 D.W1W2,Q1IR=U1,B错误；电流做的功W1=U1It,W2=U2It,故W1W2,C错误；产生的热量由Q=I2Rt可判断Q1=Q2,A正确，D错误.【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下：1.通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流为 则在时间t内产生的热量为( )A.4Q B.2Q C. D.【解析】选C.由电热公式Q=I2Rt可得： ，C正确.2.关于电功，下列说法中正确的是( )A.电功的实质是电场力所做的功B.电功就是电热，两

11、个量是一回事C.电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等【解析】选A.电流做的功在实质上就是电场力对电荷做的功.A正确.电流做功的过程就是电势能减少,其他形式能量增加的过程,电势能减少多少其他形式能量就增加多少,但是电能不一定全部转化为内能，比如在电动机中，只是把一部分电能转化为内能，大部分电能转化为机械能， B错误.电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率增大,但同时自由电子在运动中不断地和其他电子或离子碰撞，速度减小,整体效果自由电子可以看成匀速,C错误.电流通过电动机时,电流所做的功一部分转化成热能,一部分转化成机械能,电功率应大于热功

12、率,D错误.3.关于计算电功率的三个公式P=UI、P=I2R、 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B、D.电路可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，P=UI对任何电路都适用，而P=I2R和 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.4.标有“220 V 40 W”和“220 V 60 W”的两个灯泡串联在电路中，则( )A.若电路电压为220 V，

13、两灯泡均不能正常发光B.若电路电压为440 V，两灯泡均能正常发光C.无论电压如何，两灯泡都不能正常发光D.无论电压如何，标有“220 V 60 W”的灯泡不能正常发光【解析】选A、D.两灯泡的额定电压都为220 V，串联后接在220 V的电路中，各自分得的电压都比220 V小，故两灯均不可能正常发光，A正确；由于两灯泡电阻不同，接440 V时，一个分得电压大于220 V，一个小于220 V，故也不能正常发光，B错误；由 可知40 W的灯泡电阻大，串联后它分得的电压大，故40 W的灯泡先达到220 V正常发光，若电路电压再增大，则40 W灯泡分得的电压超过220 V被烧坏，则60 W灯泡也不亮，C错误，D正确.5.在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路.当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；当重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0