2019年高中物理选修3-1假期作业（十四）　焦耳定律

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假期作业（十四）　焦耳定律
[温故知新]
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_______．
(2)公式：_________________(适用于所有的用电器)．
(3)单位：________，符号：J.
(4)实质：________转化成其他形式的能的过程．
2．电功率
(1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的_________
(2)公式：____________(适用于任何电路)．
(3)单位：_________，符号：W.
(4)额定功率：当用电器两端的电压或流过用电器的电流为额定值时，用电器________．此时用电器的功率就是额定功率．
二、焦耳定律
1．焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的________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：_______.
(3)单位：焦耳，符号：J.
(4)实质：电流通过做功把电能转化为______．
2．热功率
(1)定义：________内产生的热量．
(2)公式：P＝＝I2R.
(3)单位：瓦特，符号：W.
(4)实质：电能转化为内能的功率．

[典型例题]
【例题】如图所示的电路中，电阻R＝10 Ω，电动机M的线圈电阻r＝1 Ω，加在电路两端的电压U＝100 V，已知电流表的读数为30 A，求：

(1)通过电动机线圈的电流强度为多少？
(2)通电1 min，电动机M输出的机械功为多少？
【解析】　(1)根据欧姆定律可知，通过R电流IR＝＝10 A，根据串并联电路规律可知，通过电动机的电流IM＝I－IR＝20 A.
(2)电动机在1 min内消耗的电能W＝UIMt＝1.2×105 J，电流通过电动机产生的热量Q＝Irt＝2.4×104 J，电动机在1 min内输出的机械功W′＝W－Q＝9.6×104 J.
【答案】　(1)20 A　(2)9.6×104 J

含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.
[提升训练]
一、选择题
1．一台国产智能即热式电热水器的铭牌上所列的主要技术参数如下表所示．根据表中提供的数据，计算出此电热水器在额定电压下工作时，通过电热水器的最大电流约为(　　)
最大使用功率 2 000 W 压力 0.03～0.6 Mpa
额定电压 220 V 电器类别 Ⅰ类
频率 50 Hz 防水等级 IP×4
A．40 A B．4.4 A
C．9.1 A D．0.11 A
2．有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路中电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，正常工作时的电流是1.0 A，此时，电动机的输出功率是P出；如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是P热，则(　　)
A．P出＝2 W，P热＝0.5 W
B．P出＝1.5 W，P热＝8 W
C．P出＝2 W，P热＝8 W
D．P出＝1.5 W，P热＝0.5 W
3．两个电阻R1＝8 Ω，R2＝2 Ω，并联在电路中，欲使这两个电阻消耗的电功率相等，可行的办法是(　　)
A．用一个阻值为2 Ω的电阻与R2串联
B．用一个阻值为1 Ω的电阻与R2串联
C．用一个阻值为6 Ω的电阻与R1串联
D．用一个阻值为2 Ω的电阻与R1串联
4．用接线板连接一台1 500 W的电饭锅，某同学在使用时发现连接线板的导线有明显的发热现象，为了解决这个问题，应采用的措施是(　　)
A．接线板导线换粗一些
B．让电饭锅间歇工作
C．停用家里的其它用电器
D．家用电路的保险丝换粗一些
5．如图所示，一电动自行车动力电源上的铭牌标有“36 V,10 Ah”字样，假设工作时电源(不计内阻)的输出电压恒为36 V，额定输出功率180 W，由于电动机发热造成的损耗(其它损耗不计)，电动自行车的效率为80%，则下列说法正确的是(　　)

A．额定工作电流为10 A
B．电池充满电后总电量为3.6×103 C
C．自行车电动机的内阻为7.2 Ω
D．自行车保持额定功率行驶的最长时间是2 h
6．(多选)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E，内阻不计，当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时，流过电动机的电流为I，电动车的质量为m，电动车受到的阻力是车重的k倍，忽略电动观光车内部的摩擦，则(　　)
A．电动机的内阻为R＝
B．电动机的内阻为R＝－
C．电动车的工作效率η＝
D．电动机的发热效率η＝
7．(多选）一台规格为“220 V,66 W”的电风扇，线圈的电阻为20 Ω.当它正常工作时(　　)
A．通过线圈的电流是0.3 A
B．通过线圈的电流是11 A
C．转化为机械能的功率是66 W
D．转化为机械能的功率是64.2 W
二、非选择题
8．如图，已知R3＝4 Ω，闭合电键后，安培表读数为 0.75 A，伏特表读数为2 V，经过一段时间，一个电阻断路，安培表读数变为0.8 A，伏特表读数变为3.2 V，则 R1的阻值是________Ω，电阻断路前、后电路消耗的总功率之比P1∶P2＝________.

9．如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻为0.6 Ω，串联一个阻值为R＝5 Ω的电阻，它们两端的总电压为U＝160 V，电压表读数为110 V．求：

(1)通过电动机的电流；
(2)电动机的输入功率；
(3)电动机的发热功率；
(4)电动机工作1小时对重物做的功．




假期作业（十四）　焦耳定律参考答案
[温故知新]
一、电功和电功率
1．电功
(1)乘积．
(2)W＝qU＝UIt．
(3)焦耳
(4)电能．
2．电功率
(1)快慢．
(2)P＝＝UI．
(3)瓦特.
(4)正常工作．
二、焦耳定律
1．焦耳定律
(1)热量．
(2)Q＝I2Rt.
(4)内能．
2．热功率
(1)：单位时间．
[提升训练]
1.解析：额定功率等于额定电压与额定电流的乘积，根据铭牌可知，额定功率为2 000 W，额定电压为220 V，则额定电流I＝≈9.1 A，C选项正确．
答案：C
2.解析：电动机不转时，电动机为纯电阻电路，内阻r＝＝0.5 Ω，电动机正常工作时输出功率P出＝U2I2－Ir＝1.5 W．卡住后热功率P热＝＝8 W，B选项正确．
答案：B
3.解析：根据并联电路规律可知，两电阻的电压相等，功率公式P＝，则P1∶P2＝R2∶R1＝1∶4，欲使这两个电阻消耗的电功率相等，可使R2两端的电压减半，即串联一个等值电阻2 Ω，A选项正确．
答案：A
4.解析：接线板有非常明显的发热现象，说明消耗的功率太大，为了解决这个问题，可以更换允许通过电流值更大的接线板，A选项正确，B、C、D选项错误．
答案：A
5.解析：根据功率公式可知，额定电流I＝＝5 A，A选项错误；根据铭牌可知，电量q＝10 Ah＝3.6×104 C，B选项错误；电动车的热功率P热＝－P＝45 W，P热＝I2r，解得内阻r＝1.8 Ω，C选项错误；根据电流的定义式可知，t＝＝2 h，D选项正确．
答案：D
6.解析：根据能量守恒可知，总功率转化为电动机内部消耗功率和输出功率，EI＝kmgv＋I2R，解得电动机的内阻R＝－，A选项错误，B选项正确；电动车的工作效率等于输出功率与总功率之比，η＝，C选项正确；电动机的发热效率η＝，D选项正确．
答案：BCD
7.解析：电风扇的功率为66 W，两端电压为220 V，则通过线圈的电流为0.3 A，A选项正确，B选项错误；电风扇的总功率为P＝66 W，线圈内阻消耗的功率Pr＝I2r＝1.8 W，根据能量守恒可知，转化为机械能的功率是64.2 W，C选项错误，D选项正确．
答案：AD
8.解析：一个电阻断路，安培表和伏特表的示数均变大，说明外电路电阻变大，电阻R2断路，此时伏特表测量电阻R1两端电压，电流表测量流过电阻R1的电流，根据欧姆定律得R1＝＝＝4 Ω；电源的电动势不变，电路消耗的总功率之比等于干路电流之比，电阻断路之前，干路电流I1＝0.75 A＋＝1 A，电阻断路之后，干路电流I2＝0.8 A ，电阻断路前、后电路消耗的总功率之比P1∶P2＝I1∶I2＝5∶4.
答案：4　5∶4
9.解析：(1)根据题意可知，加在电动机两端的电压为U1＝110 V，则电阻R两端的电压为UR＝160 V－110 V＝50 V.
通过R的电流为I＝＝10 A，通过电动机的电流为10 A.
(2)电动机的输入功率为P1＝U1I＝1 100 W.
(3)根据焦耳定律可知，电动机的发热功率为P2＝I2r＝60 W.
(4)根据能量守恒定律解得电动机的输出功率为P3＝P1－P2＝1 040 W.
电动机工作1小时对重物做的功为W＝P3t＝3.744×106 W.
答案：(1)10 A　(2)1 100 W　(3)60 W　(4)3.744×106 W





























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