教科版_选修3-1_ 第二章 直流电路 _ 6. 焦耳定律 电路中的能量转化课件30张PPT

§6　焦耳定律　　　　　　
　电路中的能量转化
它们在通电时，能量是如何转化的？
电动机在通电时，能量是如何转化的？
蓄电池在充电过程中能量是如何转化的？
一段电路两端的电压为U，通过的电流为I　
电场力做功　　　　　　　
q=It
W=qU
W=UIt
+
-
U
q
q
q
在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量　
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．
　在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位还有千瓦时（kW·h）.
　1kW·h＝3.6×106J
一、电功 电功率
W=UIt
2．电功率：单位时间内电流所做的功
（１）电功率表示电流做功的快慢．
（２）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有千瓦（kW）．
　1kW＝103W
为了使用电器安全正常地工作，制造商对用电器的电功率和工作电压都有规定的数值，并且标明在用电器上，叫做用电器的额定电压和额定功率。
３．额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标的功率是额定功率，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
用电路
29吋彩电
电熨斗
电冰箱
电热水壶
洗衣机
额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W）
120～180
300～800
100～150
800～1500
200～380
１．焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q跟电流I的二次方成正比、跟导体的电阻 R 成正比，跟通电时间 t 成正比。
英国物理学家焦耳用实验直接得到（实验定律）
二、焦耳定律　热功率
Q=I2Rt
２．热功率：单位时间内发热量　P=Q/t通常称为热功率。
P热=I2R
Q——电流通过导体而产生的热量称为焦耳热
纯电阻电路定义：
只含白炽灯、电炉、电热毯等电热元件的电路。
非纯电阻电路定义：
除含有电阻外，还包含有电动机，电解槽等的电路。
３．纯电阻电路和非纯电阻电路
M
纯电阻电路:
电能 　 　　 内能
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
I＜U/R
电功：W= UIt
电热：Q=I2Rt
电功率：P=UI
热功率：P热=I2R
Q
非纯电阻电路:
电能 　　 内能+其它形式的能
M
W
E其他
UIt
＞ I2Rt
说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路！
Ｗ＝Ｑ＋Ｅ其他
Ｗ＝Ｑ
例2:一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后，消耗的功率是66W。求：
（2）电风扇正常工作时转化为机械能和内能的功率。
（3）如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求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。
（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流强度。
例1:规格为“220V，1100W”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
注意
W=UIt，Q=I2Rt分别是电功、电热的定义式，适用任何电路中电功、电热的计算，从能的转化角度看，在纯电阻电路中，消耗的电能全部转化为内能。可以通过不同形式计算电功和电热，在非纯电阻电路中，消耗的电能除转化为内能外，还转化为机械能或化学能等，因此有W>Q,此时U>IR（欧姆定律不成立），因此电功和电热只能通过定义计算。
小结：焦耳定律 Q＝I2Rt
电功和电热：
(1)纯电阻电路中（电路中只含有电阻）
W＝UIt＝ Q ＝ I2Rt
P电＝UI＝ P热＝I2R
(2)非纯电阻电路中：
W＝UIt >Q ＝ I2Rt ；
P电＝UI >P热＝I2R
P电＝P热＋P其它

三、电路中的能量转化
书Ｐ65 讨论交流
3.电路的电功率一定等于热功率吗？
2.电源外部：
1.电源内部：
4.从能量转化与守恒的角度来理解闭合电路欧姆定律
Ｐ内
Ｐ外（Ｐ输）
思考：闭合电路中，外电路电阻为多大时电源的输出功率最大？
电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功W就等于这段电路发出的热量Q，即
Q=W=IUt
由欧姆定律
U=IR
Q=I2Rt
英国物理学家焦耳用实验直接得到的
我们知道，电场力对电荷做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。
　　在电阻元件中电能的转化情况与真空中有所不同。在金属导体中，除了自由电子，还有金属正离子。在电场力的作用下，做加速定向移动的自由电子要频繁地与离子发生碰撞，并把定向移动的动能传给离子，使离子的热运动加剧。平均来看，可以认为大量自由电子以某一不变的速率做定向移动。可见，在电阻元件中，通过自由电子与离子的碰撞，电能完全转化成内能。
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
探究实验：
给你玩具电风扇1台、干电池2节、电压表和电流
表各 1 只、导线若干。
请你设法测出电风扇的直流电阻，以及电风扇工
作时总功率(电功率）和输出的机械功率。
运
行情况
物理　量
电 压
U
（V）
电 流
I
（A）
电 阻
R
（ Ω）
总功率
[电功率]（UI）（W）
热功率
I2R
（W）
机械功率
UI －I2R
（W）
转动
3
0.08

卡 住

3
0.1
30

0.24


0.192
0.048
0.3
0.3
0
30
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 - 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 - 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
　　例2．加在某台电动机上的电压是U，电动机消　　耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为（ ）
　A．P 　 B．U2/r 　　C．P2r/U2 D．P-P2r/U2
非纯电阻电路中计算电功率
只能用P=UI， 热功率只能用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．
例题：
　　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．
小结：
１．电功
３．电功率
４．热功率
２．焦耳热
谢谢