3.3 焦耳定律 课件（鲁科选修3-1）

(共49张PPT)
第3节　焦耳定律
1．理解用电器的作用是把电能转化为其他形式的能，会计算电流所做的功与电功率．
2．知道焦耳定律，会根据焦耳定律计算用电器产生的电热．
3．知道纯电阻电路与非纯电阻电路的差别，会结合实际问题区分电功和电热，进一步体会能量守恒定律的意义和普适性．
1．在电路中，导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动而形成________，此过程中电场力对自由电荷做功，在一段电路中________所做的功，就是电流做的功，简称电功．公式：W＝________.单位：________，符号：________.
【答案】　电流　电场力　UIt　焦耳　J
2．电流所做的功，跟完成这些功所用时间的________叫做电功率．公式：P＝________.单位：________.符号：________.
【答案】　比值　UI　瓦特　W
1．如何计算电功和电功率？
2．焦耳定律的内容是什么？
3．什么是热功率？
4．电功率和热功率有什么区别与联系？
5．你身边的电器哪些利用了电流的热效应？
一、电能
1．电功：电路内自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流，这时 对 做了功，这就是电功．
公式表示为：W＝ ＝ ，表示电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的 、 、通电 三者的乘积．
单位： ．
2．电功率：电流在 内做的功，公式表示为：P＝ ＝ ，表示电流在一段电路上做功的功率等于 与这段电路两端的 的乘积．
单位： ．
电场力
自由电荷
qU
UIt
电压U
电流I
时间t
焦耳(J)
单位时间
W/t
UI
电流I
电压U
瓦特(W)
二、焦耳定律
电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟 成正比，跟 成正比，这就是焦耳定律．
公式： ，在纯电阻电路中还可写成： .
三、身边的电热
各种电器在使用中都会放出大量的电热，有的是利用这些电热，如电熨斗、 、电烘箱、 等．
有的电器并不是利用的它的电热，这种电热要是散热不及时会造成危害，如电动机、电视机、 、 等．
电流的二次方
导体的电阻
通电时间
Q＝I2Rt
电暖气
电热水器
电冰箱
电脑
一、电功和电热间的关系
【答案】　CD
二、纯电阻电路和非纯电阻电路
1．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
2．非纯电阻电路中的电流和电压的计算
欧姆定律I＝U/R是不适用于非纯电阻电路的，因此在这样的电路中不能简单地用I＝U/R来进行处理，可用以下方法来处理：
(1)将电阻与其他因素分离出来，区别对待．如电动机两端的电压为U，其内阻为R，电流I，为了方便处理，将电阻R与电动机分离，画出等效电路图，如右图，很明显，电压U是加在电阻R和电动机两端的共同电压， 加在R两端的电压要比U小，所以用I＝U/R计算电路的电流就明显不对．若知道R两端的电压U′，对R使用欧姆定律I＝U′/R是可行的．
含电动机电路的分析：
(1)若电动机转动则由电能转化为机械能，此时为非纯电阻电路，部分电路的欧姆定律不再适用．
(2)若电动机不转，则没有电能转化为机械能，此时损失的电能全部转化为内能，这时的电路为纯电阻电路．可以利用欧姆定律求解线圈的电阻．
2.一台电风扇，内电阻是20 Ω，接上220 V的电压后正常工作，消耗的功率是66 W，求：
(1)电风扇正常工作时通过风扇电动机的电流；
(2)电风扇工作时，转化为机械能和内能的功率，电机的效率；
(3)若接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，此时通过电动机的电流多大？电动机消耗的电功率和发热功率各是多大？
【答案】　(1)0.3 A　(2)64.2 W　1.8 W　97.3%
(3)11 A　2 420 W　2 420 W
在电源电压不变的前提下，增加电炉电热丝在相等的时间内的发热量，可采取的措施是(　　)
A．增大电热丝的电阻
B．减小电热丝的电阻
C．在电热丝上并联电阻
D．在电热丝上串联电阻
【答案】　B
本题易误选A.因为根据Q＝I2Rt知，导体上放出的热量 Q与电阻R成正比．本题中电压不变，增大电炉丝电阻，电流减小，故Q与R不成正比．
1－1：“220 V,5.5 kW”的电动机，电阻为0.4 Ω，它在正常工作时的电流为________A,1 s内产生的热量是________J,1 s内有________J的电能转化为机械能．
【解析】　正常工作时I＝P/U＝25 A
Q＝I2Rt＝250 J，P机＝P总－P热＝5 250 W，Q′＝P机t＝5 250 J.
【答案】　25　250　5 250
如下图所示，有A、B两灯额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W，接在220 V电路上使用，使电灯能够正常发光，且电路中消耗电能最小的电路是(　　)
【答案】　C
2－1：三个电阻分别标有“100 Ω，4 W”、“200 Ω，2 W”、“50 Ω，8 W”，将它们串联起来，允许通过的最大电流为________ A，允许消耗的最大总功率为________ W．(不考虑温度对电阻的影响)
【答案】　0.1　3.5
在研究微型电动机的性能时，可采用如下图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．求：
(1)这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．
(2)电动机的正常工作状态是匀速提升一个2 kg的物体，该物体竖直上升的速度多大？(g＝10 m/s2)
【答案】　(1)22.0 W　2 Ω　(2)1.1 m/s
(1)电动机的等效处理
电动机是一种非纯电阻性用电器，它把电能转化为机械能和热能．在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成，如右图所示，电流通过rD时把电能转化为热能，而线圈D把电能转化为机械能．
(2)输入功率：电动机的总功率．由电动机电路的电流和电压决定，计算：P总＝UI.
(7)解决电动机问题注意分两种情况：
①当电动机正常工作时，要分别搞清电动机的总功率、输出功率和热功率．
②当电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻电路．
3－1：微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 Ω，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作．
(1)求它的额定输入功率多大？
(2)工作时由导线发热损失的功率多大？
(3)它的最大输出功率多大？
【解析】　电动机正常工作时是非纯电阻电路，计算只能根据定义式：
(1)额定输入功率P额＝UI＝2×0.8 W＝1.6 W
(2)电动机发热功率P热＝I2R＝(0.8)2×1 W＝0.64 W
(3)根据能的转化与守恒，电动机的最大输出功率P出＝P额－P热＝0.96 W.
【答案】　(1)1.6 W　(2)0.64 W　(3)0.96 W
1．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同的时间内(　　)
A．电炉放热和电动机放热相等
B．电炉两端电压大于电动机两端电压
C．电炉两端电压等于电动机两端电压
D．电动机消耗的功率大于电炉的电功率
【解析】　由Q热＝I2Rt知A对．电炉为纯电阻电路UIt＝I2Rt，U＝IR，电动机为非纯电阻电路，U′I′t＞I′2Rt，U′＞I′R，B、C错，D对．
【答案】　AD
2．如右图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1∶R2∶R3(　　)
A．1∶1∶1　　　　　　　 B．4∶1∶1
C．1∶4∶4 D．1∶2∶2
【答案】　C
3.如右图所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V,60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则(　　)
A．电解槽消耗的电功率为120 W
B．电解槽的发热功率为60 W
C．电解槽消耗的电功率为60 W
D．电路消耗的总功率为60 W
【答案】　C
4．将标有“220 V、100 W”和“220 V、25 W”字样的两个灯泡A和B串联后接入电路，为使两个灯泡都能安全使用，电路两端所加电压的最高值是多少？这时两灯的实际功率之和是多少？
【解析】　因为串联电路中两灯的电流相等，所以为了安全使用，电路中的实际电流应等于两灯中最小的额定电流．
【答案】　275 V　31.25 W
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