人教版高中物理选修3-1 2.5-焦耳定律 (共22张PPT)

(共22张PPT)
第五节
焦耳定律
第二章
恒定电流
一、电功和电功率
如图一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，在时间t内通过这段电路任一横截的电荷量　　　．
则电场力做功　　　　　即：　　
静电力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功．
　　电流在一段电路上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．
　在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h）.
　1kW·h＝3.6×106J
2．电功率：单位时间内电流所做的功
（１）一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积．
（２）电功率表示电流做功的快慢．
（３）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）．
　1kW＝103W＝106mW=10-3MW
３．额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率．
　　用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率．
几种常见家用电器的额定功率
用电器
29寸彩电
电熨斗
电冰箱
微波炉
台灯
额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W）
～150
300～800
100～150
800～1200
40～60
二、电功率和热功率
1．电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程．
　　电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能；电热器把电能转化为热能．
　　在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能．
2．焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻
R
和通电时间
t
三者的乘积
．
焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路．
　纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件．
　　非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路．
３．热功率：单位时间内导体的发热功率叫做热功率．
　　热功率等于通电导体中电流I
的二次方与导体电阻R
的乘积．
纯电阻电路:
电能
→
内能
Q
I2Rt
W
UIt
=
I=U/R
M
非纯电阻电路:
电能
→
内能+其它形式的能
W
W内
+Q
Q
UIt
I2Rt
I＜U/R
说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路！
＞
指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!
指转化为内能的那部分电能!
纯电阻电路:
非纯电阻电路:
电能
→
内能
电能
→
内能+其它形式的能
Q
I2Rt
W
UIt
=
I=U/R
电功
=
电热
：W=Q
=
UIt
=I2Rt
=U2t/R
电功率=热功率：P
=P热
=
UI
=
I2R
=
U2/R
M
W
W
内
+Q
Q
UIt
＞
I2Rt
I＜U/R
电功：W=
UIt
电热：Q=I2Rt
电功率：P=UI
热功率：P热=I2R
3．电功率与热功率
　（1）区别：
　　电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积；
　　热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率．决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积．
　（2）联系：
　　对纯电阻电路，电功率等于热功率；
　　对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和．
I额=P额/U额
=1000/220A
≈4.5A
例1：规格为“220V，1000W”的电炉，求：
???
1.电炉正常工作时，通过电阻丝的电流
2.
电炉的电阻
2.电炉的电阻：
R=U额2/P额
=2202/1000Ω
解：1.由P=UI知，电炉正常工作时：
=48.4Ω
★
某一电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大？
这个电阻可认为是不变的。电动机正常转动时，
P电
=
P
热+
P机
U
I
=
I
2
R
+P机
36
=
5+P机
所以机械功率P
机=31W
解：电动机不转时可视为为纯电阻，由欧姆定律得，
带不动或卡住：
电能
→
内能
运转：
M
电能
→
机械能+内能
　例2：对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（
）
解析：
电功率计算的普通公式为
用电器有的是纯电阻用电器（例电炉、电烙铁等）有的是非纯电阻用电器（例电动机、电解槽等）．
只有是在纯电阻用电器的前提下，才可由
改写电功率的表达式．
所以，正确选项为C、D．
1、一个电炉额定电压为220V，额定功率为800W，如果接入110V电路中，实际消耗的功率为多大？
2、下图所示的电路中，三电阻串联，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则
P1：P2：P3等于（
）
A．2：3：6
B．6：3：2
C．1：2：3
D．3：2：1
R1
R2
R3
在串联电路中，功率跟电阻成正比。
3、右图所示的电路中，三电阻并联，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，干路电流为I，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，
则P1：P2：P3等于（
）
A．2：3：6
B．6：3：2
C．1：2：3
D．3：2：1
在并联电路中，功率跟电阻成反比。
4、在电阻上除了标明电阻值，还标明额定功率值，这是它工作时允许消耗的最大功率，超过这个功率，电阻器就会被烧坏。现有一个“100Ω
4W”的电阻器，允许通过这个电阻器的最大电流为多大？允许加在这个电阻器两端的电压为多大？
5、有人用一个“100Ω，4W”的电阻和一个“12.5Ω，8
W”的电阻串联，作为112.5Ω电阻使用，则该
112.5Ω电阻允许通过的最大电流为______；能承受的最大电压为______；额定功率为
W。
5、如图所示，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W”和“110V，100W”字样，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？
L1
L2
L1
L1
L1
L2
L2
L2
小结：
１．电功
３．电功率
４．热功率
２．焦耳热