高二物理选修3-1第二章《恒定电流》第五节《焦耳定律》导学案

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名称 高二物理选修3-1第二章《恒定电流》第五节《焦耳定律》导学案
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2011-10-13 21:55:02

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文档简介

班级 姓名 学号
高二物理第二章《焦耳定律》导学案
命题人:周立群 审核人:周龙 使用时间:2011.10.11
学习目标
1.理解电流热效应的本质
2.掌握焦耳定律,并能进行有关计算
3.理解电功和电热的关系,能区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热
重点:焦耳定律内容
难点:电功和电热之间的联系和区别
【自主学习】
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 力在做功,电荷的 减小,其他形式的能在增加;公式:W= ,P= 。
2.电流通过用电器时把 能全部转化为 能,这样的电路叫做纯电阻电路。
【课内探究】
一、电功和电功率
1、电功:
⑴定义:电路中 ,简称电功,通常也说成是电流的功。用W表示。
【注意】功是能量转化的量度,电流做了多少功,就有多少电能减少而转化为其他形式的能,即电功等于电路中电能的减少。
⑵(阅读教材53页,结合图2.5-1)推导电功的表达式:
表达式:W=
⑶结论:电流在一段电路上的功等于 。
⑷单位:焦耳(J) 1J=1V·A·s
2、电功率
⑴定义:
⑵表达式:P= (对任何电路都适用)
上式表明:电流在一段电路上做功的功率P,等于 。
⑶单位:瓦特(W) 1W=1J/s
二、焦耳定律——电流热效应
1、焦耳定律
⑴内容: 。
⑵表达式:Q=
2、热功率:
⑴定义:
⑵表达式:P=
【说明】:
电能全部转化为内电热的电路为纯电阻电路(如只含白炽灯、电炉等电热器的电路)。在纯电阻电路中:
电功W等于电热Q: W= Q=UIt=I2Rt =
电功率P电等于热功率P热:P电=P热=UI=I2R=
2、电能转化为热能和其他形式能的电路为非纯电阻电路(如含有电动机、电解槽的电路)。在非纯电阻电路中,电能除了转化为热能外,还转化为机械能、化学能等:
①电功W大于电热Q:W >Q。即W=Q+E其它
电功: W= UIt
电热: Q =I2Rt
注意: t既不能表示电功,也不能表示电热
②电功率P电大于热功率P热:P电﹥P热 P =P热+ P其它(UI = I2R + P其它)
电功率:P电= UI≠
热功率:P热=I2R≠
【典型例题】
【例1】 一根电阻丝,通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J.若在相同的时间内通过4 C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(  )
A.4 V,16 J        B.8 V,16 J
C.4 V,32 J D.8 V,32 J
【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,问:?
(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少??
(2)电风扇正常工作时热功率是多少?转化为机械能的功率是多少?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??
【课堂练习】
1、关于电功,下列说法中正确的有( )
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的量度
C.电场力做功使电能转化成其他形式能量的量度
D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
2、关于电功和焦耳热,下列说法错误的是(  )
A.在纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2Rt
B.在非纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2Rt
C.在纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=I2Rt
D.在非纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=IUt
3、对计算任何用电器的电功率都适用的公式是( )
A. B. C. D.
4.家用电饭锅有两种工作状态,一是锅内水烧开前的加热状态,一是水烧开后的保温状态,其电路如图所示.R1是一电阻,R2是加热用的电阻丝,则电饭锅(  )
A.S闭合时为保温状态
B.S断开时为加热状态
C.S闭合时为加热状态
D.S断开时为保温状态
5.不考虑温度对电阻的影响,对一个“220V,40W”的灯泡,下列说法正确的是
A.接在110 V的电路上时的功率为20 W
B.接在110 V的电路上时的功率为10 W
C.接在440 V的电路上时的功率为160W
D.接在220 V的电路上时的功率为40 W
6.如图,电灯L1、L2都标有“220V,100W”;电灯L3、L4都标有“220V,40W”.将A、B两端接入电源,最暗的灯是(  )
A.L1 B.L2
C.L3 D.L4
7.一幢居民楼住着生活水平各不相同的24户居民,所以整幢居民楼里有各种不同的电器,例如电炉、电视机、微波炉、电脑等等.停电时,用欧姆表测得A、B间的电阻为R;供电后,各家电器同时使用,测得A、B间电压为U,进线电流为I,如图所示,则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是(  )
A.P=I2R B.P=U2/R
C.P=IU D.P=
8.一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3V,电流为0.3A。松开转轴,在线圈两端加电压为2 V时,电流为0.8 A,电动机正常工作。求该电动机正常工作时,输入的电功率是多少 电动机的机械功率是多少
9.一台直流电动机线圈电阻r =1Ω,与一阻值R=10Ω的电阻串联,当所加电压U=150V,电动机正常工作时电压表示数100V,求电动机消耗的功率及输出的机械功率。
  
高二物理第二章《焦耳定律》导学案答案
例1:答案 D 解析:利用W=qU可求出电压U1,再由I==可以求出U2,然后利用W=qU求W2。设电阻丝电阻为R,开始所加电压U1,则W1=q1U1
即8=2U1,故U1=4 V.
设后来所加电压为U2,产生的热量为W2,则
I2==①
又I1==②
由①②得U2=U1=×4 V=8 V
W2=q2U2=4×8 J=32 J
例2:解答 (1)因为P入=IU?
所以I= A=0.3 A?
(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率?
P热=I2R=0.32×20 W=1.8 W?
电风扇正常工作时转化为机械能的功率?
P机=P入-P热=66 W-1.8 W=64.2 W?
电风扇正常工作时的效率?
η=×100%=97.3%?
(3)电风扇风叶被卡住后电动机不转时可视为纯电阻,通过电风扇的电流?
I= A=11 A?
电动机消耗的电功率?
P=IU=11×220 W=2420 W?
电动机发热功率?
P内=I2R=112×20 W=2420 W?
【课堂练习】
1、AC
2、答案 B
3、CD 解析:在纯电阻电路中:电功率P电等于热功率P热:P电=P热=UI=I2R=
在非纯电阻电路中:电功率P电大于热功率P热:P电﹥P热
P =P热+ P其它(UI = I2R + P其它)
电功率:P电= UI≠
热功率:P热=I2R≠
4.答案 CD 解析:接通开关S时,R1被短路,R2直接接在电源两端,电路消耗的电功率为.当开关S断开时,R1、R2串联后接到电源上,电路消耗的电功率为因为P1>P2,所以开关S接通时,电饭锅处于加热状态,开关S断开时,电饭锅处于保温状态
5.解析:正确选项为BD。
(法一)由得灯泡的电阻Ω=1210Ω
∴电压为110V时, W=10 W
电压为440V时,超过灯炮的额定电压一倍,故灯泡烧坏,P=0.
(法二)由。可知R一定时,P∝U2,
∴当U=110V=,P=P额/4=10 W
6.答案C 解析:根据灯泡的规格,人R1=R2<R3=R4。电路可以看成是由L2、L3并联,然后与L1、L4串联而成。并联部分的总电阻小于任一电阻,所以P2+P3 <P1<P4。对于L2、L3并联部分,由于电压相等,R2<R3,因此P2>P3,所以P3<P2<P1<P4,所以L3最暗。
7.答案 CD
8.解析:电动机不转动时,其消耗的电功全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,由欧姆定律得电动机线圈内阻:
电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机械能,其输入的电功率为
P入=I1U1=0.8×2W=1.6 W
电动机的机械功率
P机=P入-I12r=1.6-0.82×1 W=0.96W
9、电路中的电流:
电动机消耗的功率:P=IUM=5×100=500W
电动机的热功率:P热=I2r =25W 
输出的机械功率:P机=P-P热=500-25=475W
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