3.3 焦耳定律 学案 (4)

3.3
焦耳定律
学案4
【学习目标】　
1．焦耳定律内容
2．电功和电热之间的联系和区别
3．掌握焦耳定律内容及焦耳定律的应用。
【学习重点】　
焦耳定律
【知识导学】　
1．我们知道电流通过导体时，导体总要发热。为什么会发热呢？
2．电流通过导体时产生的热量的多少与哪些因素有关呢？
3．叙述焦耳定律的内容以及它的表达式？
4．电流通过电路时要对电路做功，电流做的功为W=UIt，又因为一般电路都是有电阻的，电流通过电路时会生热，导体产生的热为Q=I2Rt，那么电流对导体做的功和导体内产生的热有什么关系呢？
【典型例题】　
例1
电功和电热的区别和联系
电功是电能转化为其他形式能量的量度，即电功表示了电流通过导体时转化为其他各种形式能量的电能的总和.电热表示电流通过导体时，消耗的电能中转化为内能的那一部分，即电热是电能转化为内能的量度.可见，电功和电热式两个不同的物理量，不能混淆.
电功与电热的数量关系式:W≥Ｑ，即IUt≥I2Rt
在纯电阻电路中，如白炽灯、电炉丝等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有W=Q=IUt=I2Rt=Pt，可用其中的任一形式进行计算
在非纯电阻电路中，如含有电动机的电路中，电能转变为内能和机械能，即IUt=I2Rt+E机；在含有电解槽的电路中，电能转化为内能和化学能，即IUt=I2Rt+E化，所以在非纯电阻电路中W>Q即IUt>Ｉ2Rt
例2
某一直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量m=50kg，电源提供给电动机的电压为U=110V，不计各种摩擦，当电动机以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物时，电路中的电流强度I=5.0A，求电动机的线圈电阻大小（取g=10m/s2）。
解析：电动机的输入功率P＝UI，电动机的输出功率P1=mgv，
电动机发热功率P2=I2r
而P2=P-P1，即I2r=UI－mgv
代入数据解得电动机的线圈电阻大小为r=4Ω
【反思】
收获
疑问
【达标训练】　
1.通过某电阻的电流为I时，在时间t内放出的热量为Q；如果要在的时间内放出2Q的热量，通过该电阻的电流应为____________.?
2I
2.两个阻值都是5Ω的电阻串联后接在电压一定的电源上，ts内产生的热量为Q1，若将这两个电阻并联后仍接在同一电源上，ts内产生的热量为Q2，则Q1∶Q2为__________.?
1∶4
3.两个电热器的阻值之比为4∶5，把它们串联起来接入电路，相同时间内产生的热量之比是__________；把它们并联起来接入电路，相同时间内产生的热量之比是__________.?
4∶5，5∶4
4.一台电动机正常工作时线圈中电流为10A，两端电压为380V，线圈电阻为2Ω，则1min消耗电能?__________J，产生热量__________J.?
2.28×105，1.2×104
5.用两根电热丝（R甲＞R乙）烧水，若电源电压不变，在其他条件相同的情况下，下面哪种方法可使水温升高得最快?（
D
）
A．只使用甲
B．只使用乙
C．两根串联
D．两根并联
6.一台接在220V电压的电路中正常工作的电风扇，通过风扇电动机的电流为0.455A，测得风扇电动机线圈电阻为5Ω，试求
（1）电风扇的输入功率多大？
（2）电风扇每分钟消耗电能多少？
（3）风扇的电动机每分钟产生的电热多少？产生机械能多少？
（1）电风扇的输入功率等于它两端的电压及流过风扇电动机的电流的乘积，即P=IU=0.455A×200V=91W．
（2）电风扇每分钟消耗的电能，可以用电流通过扇所做的功来量度。电流通过风扇每分钟做功为W=IUt=0.455×220×60J=6000J．
（3）风扇每分钟产生的电热为Q=I2Rt=0.4552×5×6
0
J
=62.1J．由能量守恒可知，电风扇每分钟产生的机械能为E=6000J-62.1J=5937.9J．
由以上分析可以看出，风扇工作时消耗的电能中仅有很少一部分转化为电热，其余大部分转化为机械能。