高中物理选修3-1人教新课标2.5焦耳定律同步课件（27张）

(共27张PPT)
2.5
焦耳定律
学习目标
1、掌握四个概念：电功、电热、电功率、电热率
2、能够区分电功和电热、电功率和热功率
3、会利用所学知识计算电功和电功率、电热和电热率
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：　　
1．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．
　（3）单位：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
（1）定义：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．
（2）公式：
电功普适公式
2．电功率
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．
（3）意义：电功率表示电流做功的快慢．
（4）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
（1）定义：单位时间内电流所做的功
（2）公式：
电功率普适公式
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
用电路
29吋彩电
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
３．额定功率和实际功率
二、电热和热功率
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，把定向移动的功能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能．
1、电热
(2)、公式:
推导：
电能全部转化为内能：
Q=W=IUt
欧姆定律：U=IR
Q=I2
R
t
(1)、定义:电流通过导体产生的热量.
Q=I2
R
t
(1)内容：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
．
（3）焦耳定律适用条件：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．
2．焦耳定律
（2）公式：
电热普适公式
(1)、定义:单位时间内的发热量.
3、热功率
　　热功率P等于通电导体中电流
I
的二次方与导体电阻R
的乘积．
P=Q
/t=I2R
(2)、公式:
(3)、单位：瓦(W)
千瓦(kW)．
热功率普适公式
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
卡住：
电能
→
内能
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
E其
+
Q
UIt
I2Rt=Q
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
E其
+
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
C
　（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．
4．电功率和热功率的区别与联系
1.电功:
IUt
W
=
2.电功率:
IU
t
W
P
=
=
3.电热:
Rt
I
Q
2
=
4.热功率:
R
I
t
Q
P
2
=
=
对纯电阻电路:
电功=电热
电功率=热功率
对非纯电阻电路:
电功>电热
电功率>热功率
电功和电功率、电热和热功率
应用1、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。
A
在并联电路中，功率跟电阻成反比。
应用2、下图所示的电路中，三电阻并联，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
D
例1：对计算任何用电器的电功率都适用的公式是(
)
解析：
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．
计算电功率的普适公式为:
IU
t
W
P
=
=
例2、对计算任何用电器的热功率都适用的公式是
(
)
计算热功率的普适公式为:
I2R
t
Q
P
=
=
A
例3、一个电动机，线圈电阻是0.4
?，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少?
解:电动机消耗的电功率P电、电动机的发热功率P热、转化为机械能的功率P机。三者之间遵从能量守恒定律:
P电＝P热+P机
由焦耳定律:电动机的热功率为:
P热
＝I2R
消耗的电功率为:
P电＝IU
因此电动机所做机械功的功率:
P机＝P电－P热＝IU－I2R
根据功率与做功的关系，电动机每分钟所做的机械功为:
W＝P机t=(IU一I2R)t
=(5×220-52×0.4)
×60J
=6.5×104J
解:据能量守恒定律得:
IUt
=
I2Rt
+W
故电动机每分钟所做的机械功为:
W=(IU-I2R)t
=(5×220-52×0.4)
×60
J
=6.5×104
J
例3、一个电动机，线圈电阻是0.4
?，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少?
作业:
P55问题与练习:4、5