第3章　第3节　电功与电热—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理必修三课件（31张PPT）

第3节　电功与电热
必备知识
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一、电功和电功率
1.电功
(1)在导体两端加上电压,导体中就会产生电场,导体中的自由电荷在电场力的作用下就会发生定向移动,在这个过程中,电场力对自由电荷做的功,称为电功。
(2)公式:如果电路两端的电压是U,电流为I,在时间t内电流做的功W=UIt。
(3)电功的单位是焦耳,符号J。常用单位千瓦·时(kW·h),俗称度。
1 kW·h=3.6×106 J。
必备知识
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2.电功率:电流做的功与所用时间之比称为电功率。
用公式表示为:P= =UI。
单位:瓦特(W),1 W=1 J/s=1 V·A。
必备知识
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二、焦耳定律
1.焦耳定律
(1)内容:电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比,与导体的电阻及通电时间成正比。这就是焦耳定律。
(2)公式:Q=I2Rt。
必备知识
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2.纯电阻电路与非纯电阻电路
(1)纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的电热。
(2)非纯电阻电路:含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中,电能除部分转化为内能外,还转化为机械能或化学能等其他形式的能。
(3)纯电阻电路中:W=Q;P=P热。
非纯电阻电路中:W=Q+E其他,则W>Q;P=P热+P其他,则P>P热。
必备知识
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三、身边的电热
1.电流热效应的应用
如电水壶、电饭锅、电暖器、电熨斗等都是利用电流的热效应工作的,它们的电阻丝由电阻率较大的材料制成。
2.电流热效应的危害
如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热,电能的传输效率降低,电流过大,散热不好,还会烧坏电线的绝缘层,引起漏电、触电等事故。
必备知识
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1.正误判断。
(1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。(　　)
解析:电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。
答案:×
(2)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。(　　)
解析:电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少还与时间有关。
答案:×
必备知识
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(3)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(　　)
解析:功是能量转化的量度,电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能量。
答案:√
(4)电功率越大,表示电流做功越多。(　　)
解析:电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。
答案:×
(5)W=UIt适用于任何电路求电功。(　　)
答案:√
必备知识
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2.R1和R2分别标有“2 Ω　1.0 A”和“4 Ω　0.5 A”,将它们串联后接入电路中,如图所示,则此电路中允许消耗的最大功率为(　　)
A.1.5 W B.3.0 W C.5.0 W D.6.0 W
解析:把R1和R2串联后,由于R2的最大电流较小,故串联后的最大电流为0.5 A,串联后的总电阻为6 Ω,所以电路的最大功率为P=I2R=0.52×6 W=1.5 W,A正确。
答案:A
必备知识
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3.(多选)一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则(在相同时间内)下列说法正确的是(　　)
A.电炉和电动机产生的电热相等
B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率
C.电炉两端电压小于电动机两端电压
D.电炉和电动机两端电压相等
解析:因为电热Q=I2Rt,所以当电流I、电阻R都相等时,在相同时间内产生电热也相等;电炉两端的电压U=IR,但电动机两端的电压除了发热还要工作,即U=IR+U',所以电炉两端电压小于电动机两端电压,由P=UI可知电动机消耗功率大于电炉消耗功率。
答案:ABC
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探究二
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电功和电功率
情境探究
如图所示,已知电路两端的电势差为U,电路中的电流为I,在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右端,电场力做功是多少?
要点提示:由电流的定义式可得通过某截面的电荷量q=It,根据静电力做功的公式W=qU,可得W=UIt。
探究一
探究二
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知识归纳
1.对电功的理解
(1)从能的角度看,电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少。
(2)从力的角度看,电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
2.对电功率的理解
(1)电功率表示电流做功的快慢或用电器消耗电能的快慢。
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3.额定功率和实际功率
(1)额定功率:用电器正常工作时所消耗的功率,当用电器两端的电压达到额定电压或电流达到额定电流时,用电器达到额定功率。
P额、I额、U额其中一个达到额定值,则另外两个也为额定值。
(2)实际功率:用电器在实际电压下电流做功的功率,一般情况下,为保证用电器的安全,实际功率应小于或等于额定功率。
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实例引导
例1(多选)下列关于电功和电功率的说法中,正确的是(　　)
A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关
B.电功是电能转化为其他形式能的量度
C.白炽灯正常工作时,实际功率等于额定功率
D.电功率越小,则电流做功越少
解析:用电器的额定功率是它正常工作时的功率,其值是由用电器本身的结构决定的,与实际电流和实际电压无关,故A项错误,C项正确;功是能量转化的量度,电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量,所以B项正确;电流做功的多少不仅与功率的大小有关,还与通电时间有关,D项错误。
答案:BC
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变式训练1一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W与36 V。若把此灯泡接到输出电压为18 V的电源两端,则灯泡消耗的电功率(　　)
A.等于36 W B.小于36 W,大于9 W
C.等于9 W D.小于9 W
答案:B
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焦耳定律
情境探究
(1)某一电路中只含有某一元件,即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽的其中一种,分析哪些属于纯电阻电路,哪些属于非纯电阻电路。
(2)纯电阻电路中,消耗的电能转化为什么形式的能?对于电动机的电路,消耗的电能转化为什么形式的能?
要点提示:(1)纯电阻电路有白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅;非纯电阻电路有电动机、电解槽、电容器。
(2)内能。内能和机械能。
探究一
探究二
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知识归纳
1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
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2.电功与电热的比较
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画龙点睛 不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,电功率都可以用P=UI,热量都可以用Q=I2Rt,热功率都可以用P=I2R。若用变形式时,就要考虑是否是纯电阻电路。
探究一
探究二
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实例引导
例2规格为“220 V　36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω。
(1)接上220 V的电压后,求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率。
(2)如果接上220 V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
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解析:(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为
发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40 W≈1 W。
转化为机械能的功率为P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全
电动机消耗的功率即电功率等于热功率:P电'=P热'=UI'=
220×5.5 W=1 210 W。
答案:(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
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规律方法 电动机电路的分析与计算
(1)当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。
(2)当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。
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变式训练2如图所示,有一内阻为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
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答案:C
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1.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　　)
A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
B.W=IUt适用于任何电路,而W=I2Rt= t只适用于纯电阻电路
C.在非纯电阻电路中,IU>I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
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答案:BCD
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2.(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到的热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2相串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下选项正确的是(　　)
A.IU>P B.IU=P
C.P>I2(R1+R2) D.P=I2(R1+R2)
解析:电吹风机消耗的电功率即消耗的电能的功率为P=UI,大于电阻上的热功率,选项B、C正确。
答案:BC
探究一
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答案:C
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4.(2019~2020学年陕西西安高二上期末)图示为电动机的工作图,已知电动机内阻r=2 Ω,电阻R阻值未知,直流电压U=120 V。现电动机正常工作,测得工作电流为2 A(电流表未画出),理想电压表示数为100 V,求:
(1)输入电动机的电功率。
(2)电阻R的阻值。
(3)电动机的输出功率。
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解析:(1)由P=UI,可得P=200 W。
(3)由P出=UI-I2r,可得P出=192 W。
答案:(1)200 W　(2)10 Ω　(3)192 W