2[1].5 焦耳定律 课件（人教版选修3-1）

(共30张PPT)
5 焦耳定律
1．电流做功的多少等于______转化为其他形式能的数量；
所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对____________的
__________在做功，电荷的________减少，其他形式的能在增
加；表达式为 W＝______________.
2．电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率，表达式
为 P________＝________.
电能
自由电荷
静电力
电势能
IUt
IU
3．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
________，跟导体的电阻及通电时间成________．
(2)表达式：Q＝________.
4．热功率：单位时间内的发热量通常称为热功率，表达式
为 P＝________＝________.
正比
正比
I2Rt
I2R
5．(双选)关于电功，下列说法中正确的有(
)
AC
A．电功的实质是电场力所做的功
B．电功是电能转化为内能
C．电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过
程
D．电流通过电动机时的电功率和热功率相等
知识点 1 电功和电功率
水流可以做功，例如水流可以推动水轮机做功，电流也可
以做功吗？给小电动机通电，电动机转起来，可以把砝码提起．
这个实验表明：电流是可以做功的．这时，一方面电动机消耗
电能，同时砝码的机械能增加．所以，在电流通过电动机做功
的过程中，电能转化为机械能．大量实验结果证明：在通电时
间相同的情况下，电压越大，电流越大，砝码被提升得越高，
表示电流做的功越多．如果保持电压和电流不变，通电时间越
长，砝码被提升得越高，电流做的功就越多．
电场力做的功叫做电功，电场力做功使电荷定向移动产生
电流．电流不仅通过电动机时做功，通过电灯、电炉等用电器
时都要做功．但在相同时间内，电流通过不同用电器所做的功，
一般并不相同．例如，在相同的时间内，电流通过电动机车的
电动机所做的功，要显著地大于通过电扇的电动机所做的功．
为了表示电流做功的快慢，物理学中引入了电功率的概念．
讨论：
(1)电功．
①定义：__________对电荷做的功，叫做电功．
②表达式：W＝________＝________，这表示电流在一段
电路 中所做的 功等于这 段电路两 端的________ 、电路中的
________和______________的乘积．
③单位：在国际单位制中，电功的单位是______，符号是
______．常用单位是千瓦时 (kW·h) ， 也称为“度 ”.1度＝
3.6×106 J.
焦耳
J
电场力
qU
电压 U
IUt
电流 I
通电时间 t
(2)电功率．
①定义：_________________跟完成这些功____________
的比值叫做电功率．
②表达式：P＝______＝______.
③单位：在国际单位制中，电功率的单位是______，符号
是______．
④物理意义：表示电流做功的________．
快慢
电流所做的功
所用时间
W
t
IU
W
瓦特
1．电功的理解
(1)从力的角度，电功的实质是电场力对电荷做功．
(2)从能的角度，电功是电流通过一段电路时，电能转化为
其他形式能(电场能、机械能、化学能或内能等)的量度．电流
做了多少功，表明有多少电能转化为其他形式的能．
2．公式的适用范围：W＝qU＝IUt 适用于任何电路．
4．用电器的额定功率和实际功率
(1)额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是
用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率．
(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率．为了保证
用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率．
【例1】(双选)图 2－5－1 中 R1＝4 Ω，R2＝9 Ω，R3＝18 Ω，
通电后(
)
图 2－5－1
A．经 R1 和 R3 的电流之比 I1∶I3＝3∶1
B．R1 两端的电压和 R3 两端的电压之比 U1∶U3＝4∶9
C．三个电阻消耗的电功率之比 P1∶P2∶P3＝2∶1∶2
D．三个电阻消耗的电功率之比 P1∶P2∶P3＝2∶2∶1
解析：根据欧姆定律及并联电路的电压关系，可知通过电
阻 R2、R3 的电流 I2、I3 的关系为 I2∶I3＝2∶1，通过电阻R1 的
电流 I1＝I2＋I3＝3I3，所以 I1∶I3＝3∶1，U1∶U3＝2∶3，A 正
确，B 错误；根据 P＝I2R，可得 P1∶P2∶P3＝2∶2∶1，C 错误，
D 正确．
答案：AD
【触类旁通】
1．三个同样的电阻连接成如图 2－5－2 所示的电路，它们
)
的额定功率均为 10 W，这个电路允许消耗的最大功率是(
图 2－5－2
A．10 W
B．15 W
C．20 W
D．30 W
B
知识点 2 焦耳定律
在纯电阻元件中电能完全转化成内能，如电炉、电熨斗、
电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等．由纯电阻元件构成的电路叫做
纯电阻电路．在非纯电阻元件中，电流做功除转化为内能外，
还转化为机械能、化学能等．由非纯电阻元件构成的电路叫做
非纯电阻电路．
讨论：
等于
IUt
大于
(1)在纯电阻电路中，电流所做的功________(填“大于”、
“小于”或“等于”)产生的电热，电热 Q＝________；而在非
纯电阻电路中，电流做功所消耗的电能除部分转化为内能外，
还要转化为机械能、化学能等．此时，电功 W_________(填“大
于”、“小于”或“等于”)电热 Q.
(2)设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为 R，通过的
电流为 I，试计算在时间 t 内电流通过此电阻产生的热量 Q.
根据欧姆定律可得加在电阻两端的电压为 U＝IR
在时间 t 内电流所做的功为 W＝IUt＝I2Rt
由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功 W 等于电热
Q，则 Q＝I2Rt.
(2)热功率即为电能转化为内能的功率．公式：
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：Q＝I2Rt.
(3)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为
内能．
2．热功率
(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率．
3．纯电阻电路和非纯电阻电路
【例 2】一台电风扇，内阻为 20 Ω，接上 220 V 电压后，
消耗功率 66 W，求：
(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？
(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化
为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？
(3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这
时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是
多少？
题后反思：(1)在非纯电阻电路中，只能用 W＝UIt 和 P＝
UI 计算电功和电功率；用 Q＝I2Rt 及 P热＝I2R 计算电热和热功
率．
(2)对于含有电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻电
路，电动机不转时是纯电阻电路．
【触类旁通】
2．一电动机线圈的电阻为 1 Ω，线圈两端所加电压为 2 V
时，电流为 0.8 A，电动机正常工作．
(1)在求电动机正常工作 1 min 所消耗的电能时，有以下两
种不同的解法：
解法一：W＝IUt＝0.8 A×2 V×60 s＝96 J
解法二：W＝I2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J
你认为哪种解法对，请作出判断并说明理由．
(2)求电动机正常工作 1 min 所转化的机械能是多少？
解：(1)解法一对．因为电动机工作时电能没有全部转化为
内能，而大部分转化为机械能．解法二求出的是电动机工作时
产生的电热，只占所消耗电能的一部分．
(2)电动机工作 1 min 消耗的电能为
W＝IUt＝0.8 A×2 V×60 s＝96 J
电动机工作 1 min 产生的电热为
Q＝I2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J
电动机工作 1 min 转化成的机械能为
W机械＝W－Q＝96 J－38.4 J＝57.6 J.
电功和电热的区别与联系
1．区别
(1)电功是从电场理论出发的概念，是电能减小的量度，所
以不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，W＝IUt 总是成立的．
(2)电热是电路中的热现象(电流的热效应)，是电能转化的
一部分，焦耳定律 Q＝I2Rt 是专门计算电热的实验定律，用 Q
＝I2Rt 来计算电热，不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，都
是适用的．
2．联系
(1)在纯电阻电路中，电功与电热相等，即 W＝Q＝IUt＝I2Rt
＝
U2
t.
R
(2)在非纯电阻电路中，电流做功将电能除转化为内能外，
还转化为机械能、化学能等，电功大于电热，即 W＝Q＋E其他，
这时电功只能用 W＝IUt 计算，电热只能用 Q＝I2Rt 计算，两式
不能通用．
【例 3】一台电动机电阻为 0.5 Ω，正常工作时通过的电流
为 20 A，在 10 s 内转化的机械能为 4.2×104 J，求：在这 10 s
内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？
W＝2.0×103 J＋4.2×104 J＝4.4×104 J.
解：电动机产生的热量为 Q＝I2Rt＝2.0×103 J
根据 W＝Q＋E机，得
【触类旁通】
3．一台直流电动机线圈电阻 r＝1 Ω，与一阻值 R＝10 Ω的
电阻串联，当电路两端加 U＝150 V 的电压时，电动机正常工
作，且电压表示数为 100 V，求电动机消耗的功率及输出的机
械功率．
图 2－5－3
解：电阻 R 两端的电压为
UR＝U－UM＝150 V－100 V＝50 V
则电路中的电流 I＝
A＝5 A
电动机消耗的功率为
P＝I UM＝5×100 W＝500 W
电动机线圈电阻 r 的发热功率为
P热＝I2r＝25 W
则电动机输出的机械功率为
P机＝P－P热＝500 W－25 W＝475 W.