20182019学年高中物理第二章第5节焦耳定律学案(含解析)新人教选修31

20182019学年高中物理第二章第5节焦耳定律教案(含分析)新人教版选修3120182019学年高中物理第二章第5节焦耳定律教案(含分析)新人教版选修3128/28葿PAGE28肇膆袆蒆螁袈膁羃袆肆袆蚇膂莀蚈薃衿羆20182019学年高中物理第二章第5节焦耳定律教案(含分析)新人教版选修31100%。

焦耳定律

1.电功是指电流经过一段电路所做的功，实质是静

电力在这段电路中所做的功，其表达式为W＝

UIt。

2．电功率是指单位时间内电流所做的功，表达式

为W＝。Pt23．焦耳定律的表达式为＝，此式适用于任何QIRt电路。

4．非纯电阻电路中，由于产热不能防备，所以非

纯电阻电路的效率不能能达到

1

一、电功和电功率

1．电功

(1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和

通电时间t三者的乘积。

公式：W＝IUt。

国际单位：焦，符号为J。

实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。

意义：电流做功的过程是电能转变成其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转变成其他形式的能。即电功是电能转变成其他形式的能的量度。

2．电功率

定义：单位时间内电流所做的功。

W公式：P＝t＝IU。

单位：瓦，符号：W。

意义：表示电流做功的快慢。二、焦耳定律

1．内容：电流经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：Q＝I2Rt。

3．热功率

定义：单位时间内的发热量。

Q2(2)公式：P热＝t＝IR，单位：瓦特(W)。

(3)意义：表示电流发热快慢的物理量。

2

1．自主思虑——判一判

电功与电能的单位相同，电功就是电能。(×)

电功率越大，电功越大。(×)

(3)1千瓦时＝×106J。(√)

非纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。(√)

(5)电流流过笔录本电脑时，电功必然等于电热。(×)

UU2(6)依照I＝R可导出P＝R，该公式用于任何用电器。(×)

2．合作研究——议一议

用电器额定功率越大，接在电路中电流做的功越多，这样说法对吗？

提示：不对。电流做功一方面与实质功率有关，另一方面还与通电时间有关，只有实质

功率与时间乘积大时，电流做功才多。

(2)标有“220V40W”的白炽灯泡和“220V40W”的电动机，把它们并联后接到

220V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。“220V40W”的白炽灯通电时将电能全部转变成内能，而“220V40W”

的电动机，通电后耗资的电能大部分转变成机械能，节余的小部分才转变成内能。

串、并联电路中电功率的分析与计算

3

1．串通电路

各部分电路电流I相同，依照P＝I2R，

各电阻上的电功率与电阻成正比功率关系总功率P总＝UI＝(U1＋U2＋＋Un)I＝

P1＋P2＋＋Pn

2．并联电路

U2各支路电压相同，依照P＝R，各支路电阻功率关系上的电功率与电阻成反比

总功率R总＝UI＝U(I1＋I2＋＋In)＝

P1＋P2＋＋Pn

3．结论

无论是串通电路还是并联电路，电路耗资的总功率均等于各负载耗资的功率之和。

4

[典例]额定电压都是110V，额定功率PA＝100W，PB＝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，且电路中耗资功率最小的电路是()

[审题指导]

两电灯均正常发光时，其电压必为额定电压。

滑动变阻器耗资的功率最小时电路总功率就最小。

U2[分析]对灯泡有P＝UI＝R，可知：RA＜RB，关于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，

且有UB＞110V，B灯被烧毁，A错误。

关于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UB＞U并，B灯

被烧毁，B错误。

关于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯能够正

常发光。

5

关于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110V，两灯能够

正常发光。

比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功

率为(IA＋IB)×110，

所以C电路耗资电功率最小。

[答案]C

解答串并联电路电功率问题应注意的两个问题

求解串、并联电路中的功率分配问题，比率法求解会使问题简化，但必然要确定是正比还是反比关系。

当分析用电器的功率问题时，必然要注意用电器的安全，即不要高出用电器的额定电压、额定电流。

6

1．在直流电路中，两个电阻的阻值之比R1∶R2＝2∶1，经过的电流之比I1∶I2＝2∶1，则在相等时间内两个电阻产生的热量1∶2为()QQA．1∶1B．2∶1C．4∶1D．8∶1分析：选D两个导体的电阻阻值之比是2∶1，经过的电流之比是2∶1，通电时间tQI2281Rt22相同，则产生的热量之比×＝，故D正确。＝I2＝112221QRt以下列图，电源电压8V，闭合开关后，电流表

的示数为，电流表

的示数为。试求：

R1的电功率；

(2)1min内R2耗资的电能。

分析：由电路图可知：I1＝，

I2＝－＝，

7

P1＝UI1＝8×＝。

Q＝W＝UI2t＝8××60J＝48J。

答案：(2)48J

纯电阻电路与非纯电阻电路

纯电阻电路非纯电阻电路电路中除电阻外，还包括能把电能转电路中只有电阻元件，如电阻、元件特点化为其他形式能的用电器，如电动机、电炉丝、白炽灯电解槽欧姆定律可否UU适用，I＝R不适用，I＜R适用电能全部转变成内能：W＝Q＝UItW能量转变2电能转变成内能和其他形式的能量：Ut＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋W其他＝I2Rt＝R电功率等于热功率与其他功率之和：P电功率等于热功率：P电＝P热＝UI功率特点2电＝UI2UP热＝2＝IR＝RIRP电＝P热＋P其他

8

[典例]规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：

接上220V的电压后，求排气扇转变成机械能的功率和发热的功率；

若是接上220V的电压后，扇叶被卡住，不能够转动，求电动机耗资的功率和发热的

功率。

[审题指导]

第一步抓要点点要点点获守信息排气扇规格为“220V36电压和功率均达到额定值W”接220V电压线圈电阻40Ω可依照“220V36W”求出I，从而求出P热接上电路转变成纯电阻电路电源，电动机不转

第二步找打破口

P额定电压下，电流可据I＝U求出。

机械功率可经过P机＝P电－P热求出。

(3)电动机不工作时，220V电压全加在40Ω电阻上，电动机此时即为“电阻”。P36[分析](1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为：I＝U＝220A≈，发热功率为：

P热＝I2R＝(0.16)2×40W≈1W。

转变成机械能的功率为：

P机＝P电－P热＝36W－1W＝35W。

9

扇叶被卡住不能够转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转变成热能，此时电动机中电流为

220I′＝R＝40A＝，

电动机耗资的功率即发热功率：

P电′＝P热′＝UI′＝220×＝1210W。

[答案](1)35W1W(2)1210W1210W

当电动机不转动时，耗资的电能全部转变成内能，此时是一个纯电阻元件。当电动机转动时，耗资的电能转变成机械能和内能，此时是非纯电阻元件。

求解非纯电阻电路问题时，注意区分电功率和热功率，弄清电功率、热功率、其他功率的关系。

10

1．有一个电风扇，标有“200V50W”，电动机线圈的电阻为Ω，把它接入220V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法中正确的选项是()A．＝U2tB．＝QRQPtP2C．Q＝U·RtD．以上三种方法均正确分析：选C经过电风扇的电流为I＝P，由于电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为UP2U2tQ＝U·Rt，而不应当是Q＝R或Q＝Pt，C正确。2．某同学用以下列图的电路进行电动机M的输出功率的研究，其

实验步骤以下所述，闭合开关后，调治滑动变阻器，电动机未转动时，

电压表的读数为U1，电流表的读数为I1；再调治滑动变阻器，电动机

转动后电压表的读数为U2，电流表的读数为I2，则此时电动机输出的机械功率为()2U12I2I2U1A．U2I2－I1B.I1C．U2I2－U1I1D．U2I2U1分析：选A闭合开关后，电动机未转动时，电动机的内阻R＝；电动机转动后，电I1

动机的电功率P电＝22，发热功率P热＝2，则电动机的输出功率P出＝P电－P热＝22－I22U12，UIIRUII1故A正确。3.[多项选择]以下列图，电阻1＝20Ω，电动机的绕阻2＝10Ω。当开RR关断开时，电流表的示数是，当开关闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，此时电流表的示数I和电路耗资的电功率P应是()A．I＝B．I＜C．＝15WD．＜15WPP分析：选BD当开关断开时，依照＝IR算出电源电压为10V，开关闭合后，电阻R1中的电流没变，电动机两端电压也为10V。此电压不能能全部在电动机的内阻上，故电动机中的电流不能能达到1A，所以总电流小于。据＝可知，电源的功率也小于15PUIW。选项B、D正确。

11

1．以下关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的选项是()

A．电功率越大，说明电流做功越快，则电路中产生的焦耳热必然越多

2U2B．W＝UIt＝IRt＝Rt，对任何电路都适用

C．U＝IR关于纯电阻和非纯电阻电路都适用

D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路

分析：选D电功率越大，表示电流做功越快，但是电路中产生的焦耳热量的多少还与

做功的时间的长短及是否是纯电阻电路有关，所以A错误；公式W＝UIt是计算电路的总功的大小，适用于任何的电路，当为纯电阻电路时，依照欧姆定律I＝U，能够推出W＝I2Rt，R＝U2，所以＝2Rt，＝U2只能适用于纯电阻电路，所以B错误；＝只适用于纯电阻WRtWIWRtUIR电路，对非纯电阻电路不适用，选项C错误；焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路中的焦耳热量

12

的计算，所以D正确。

2．当电阻两端加上某一牢固电压时，经过该电阻的电荷量为，耗资的电能为

J。为在相同时间内使的电荷量经过该电阻，在其两端需加的电压和耗资的电能分别

是()

A．B．

C．D．

分析：选B经过电荷量耗资电能，所以q＝It＝，E＝UIt＝

获取：＝3V；若要在相同时间内经过电荷量，即电流增大为原来两倍，电阻不变，U依照IU即′＝2＝6V，耗资电能′＝′′＝4＝J，＝，电压需提高为原来两倍，RUUEUItE故B项正确。3．如图为甲、乙两灯泡的I-U图像，依照图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220V的电路中时实质发光的功率约为()

A．15W,30W

B．30W,40W

C．40W,60W

D．60W,100W分析：选C从图像的横坐标()为220V的刻度可找出对应的纵坐标(I)的值分别为IU甲＝，I乙＝。则P甲＝UI甲≈40W，P乙＝UI乙≈60W，C正确。4．小芳家正在使用的电器有电灯、洗衣机、电冰箱，小芳从家里的总电能表中测得在时间t内耗资的电能为W。设小芳家的供电电压为U，总电流为I，上述电器的总电阻为R，总功率为P。以下关系式正确的选项是()U22A．P＝RB．W＝IRt13

UWC．I＝RD．P＝tU分析：选D由于洗衣机、电冰箱是非纯电阻电路，欧姆定律不成立，所以I＝R不成立，U22所以关系式P＝R不成立，故A、C错误；公式W＝IRt只能用来求电热，不能够用来求耗资的W电能，故B错误；公式P＝t宽泛适用，故D正确。5．以下列图，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8V，乙电路两端的电压为16V。调治变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器耗资的功率分别为1和2，两电路中耗资的总功率分别为P甲和P乙，则以下关系中正确的选项是()PP

A．P甲<P乙B．P甲>P乙

C．P1>P2D．P1＝P2

分析：选D由灯都正常发光可知，R1中电流是R2中电流二倍，R1两端电压是R2两端电

压的二分之一，两变阻器耗资的功率相等，两电路中耗资的总功率相等，选项D正确，A、B、

C错误。

6.以下列图，有一内电阻为Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”

的灯泡串通后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()

A．电解槽耗资的电功率为120W

B．电解槽的发热功率为60W

C．电解槽耗资的电功率为60W

D．电路耗资的总功率为60W

分析：选C灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝60W，则电解槽耗资的功率＝P灯＝60W，C对A错；电解槽的发热功率P热＝2110VPIR14

＝，B错；整个电路耗资的功率P总＝220V×60W＝120W，D错误。110V

7．[多项选择]电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内

水烧开后保温状态。以下列图是电饭锅电路原理表示图，K是感温资料制造的开关。以下说

法中正确的选项是()

A．其中R2是供加热用的电阻丝

B．当开关K接通时电饭锅为加热状态，K断开时为保温状态

C．要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，R1∶R2应为2∶1

D．要使R2在保温状态时的功率为加热状态时一半，R1∶R2应为(2－1)∶1

U2分析：选ABD由P＝R得：当接通K时，电阻变小，功率变大，处于加热状态；当断

开K时，电阻变大，功率变小，处于保温状态。由上可知，2是供加热用的电阻丝，故A、RB正确；要使R2在保温状态时的功率为加热状态的一半，由P＝I2R可得：电阻R2在保温与加热状态下的电流之比为1∶2，所以(R1＋R2)∶R2＝2∶1。则R1∶R2＝(2－1)∶1，故C错误，D正确。8．[多项选择]有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6V，额定功率分别为6W、3W，将它们接在电路中，以下说法正确的选项是()A．若将它们串通接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WB．若将它们串通接在电路中，两灯泡的总功率最大为C．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WD．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为11P1U2分析：选BC当两灯泡串通时，电流相等，L的额定电流为I＝11＝1A，电阻R＝＝U1P1

15

P22U26Ω，L2的额定电流为I2＝＝，电阻R2＝＝12Ω。要使两灯泡不致被烧坏，电路U2P2中的最大电流为，最大功率为max＝21＋22＝，故A错，B正确；当两灯泡并PIRIR联时，电压相等，当电压为6V时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9W，故C正确，D错误。

9．锂电池因能量密度高、绿色环保而宽泛使用在手机等电子产品中。

现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路以下列图，充电器电源的输出

电压为U，输出电流为I，锂电池的内阻为r，以下说法正确的选项是()

A．锂电池产生的热功率为UIIrB．充电器的充电效率为U×100%C．电能转变成化学能的功率为UI－I2rD．充电器输出的电功率为UI＋I2r分析：选C电池产生的热功率为P损＝I2r，小于UI，故A错误；充电器的充电效率为U－IrP＝UI，故D错误；电能转变成化学U×100%，故B错误；充电器输出的电功率为：输出

能和热能，依照能量守恒定律，有：UI＝I2r＋P，故P＝UI－I2r，故C正确。

粗细均匀的金属环上A、B、C、D四点把其周长分成四等份，如图

所示，当、B两点接入电路中时，圆环耗资的电功率为；当、D两点APA接入电路中时，圆环耗资的电功率为(电源内阻不计)()A．3PB.34P3C．PD.4P分析：选B设金属环的总电阻为4R，则当A、B两点接入电路中时，等效电阻为R，16

圆环耗资的电功率为E2R1＝R·3R3RP＝；当A、D两点接入电路中时，等效电阻为4＝4，圆环RR耗资的电功率P1＝E24＝P，选项B正确。13R11．一辆电动自行车的铭牌上给出的技术参数以下表。质量M＝70kg的人骑着此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力f恒为车和人总重力