1、6 焦耳定律 电路中的能量转化,第二章 直流电路,学习目标 1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算. 2.掌握焦耳定律，弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系. 3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别. 4.明确闭合电路中的功率及能量转化.,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,一、电功和电功率,1.电功 (1)定义： 移动电荷所做的功，简称电功. (2)公式：W ，此式表明电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I和通电时间t三者的 . (3)单位：焦耳，符号是_.
2、常用的单位：千瓦时(kWh)，也称“度”，1 kWh J. (4)电流做多少功，就表示有多少 转化为其他形式的能.,电场力,乘积,电能,J,3.6106,UIt,2.电功率 (1)电流所做的功与做这些功所用时间的 叫做电功率，它在数值上等于 时间内电流所做的功. (2)公式：P . (3)单位：瓦特，符号是 ，1 W .,比值,单位,UI,W,1 J/s,二、焦耳定律,1.焦耳定律 (1)内容：电流通过电阻产生的热量跟 成正比，跟 成正比，跟 成正比. (2)表达式：Q . 2.热功率 (1)定义： 内的发热量称为热功率. (2)表达式：P热 . (3)物理意义：表示电流 的物理量.,电流的二
3、次方,电阻值,通电时间,I2Rt,单位时间,I2R,发热快慢,三、电路中的能量转化,1.电源是把其他形式的能转化为 能的装置.电源提供的能量一部分消耗在 上，电能转化为 ；一部分消耗在 上，电能转化为内能. 2.能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即：EIt U内It. 功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI U内I. 对于外电路是纯电阻的电路，其能量关系和功率关系分别为：EItI2RtI2rt，EI I2r.,外电路,其他形式的能,内电路,U外It,U外I,I2R,电,答案,即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)电功率越大，表示电流做功越多.
4、( ) (2)电热QI2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.( ) (3)电功WUIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.( ) (4)在外电路是非纯电阻电路时，外电路消耗的电能可用I2Rt表示.( ) (5)无论外电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，均可用EItU外ItU内It表示电路中的能量关系.( ),答案,2.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R， 电流为 ，则在时间t内产生的热量为_.,解析,重点探究,导学探究 (1)如图1所示，电路中电流为I，通电时间为t，那么在这段时间内通过这段电路的电荷量是多少？如果电路左、右两端的电势差是U，在电荷q从左
5、端移到右端的过程中，电场力做的功是多少？,一、电功 电功率,答案 It IUt,答案,图1,(2)电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同？,答案 不相同.电流做功的快慢用电功率表示，电流做功的多少用电功表示.电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关.电流做功快，但做功不一定多.,答案,知识深化 1.电功是指电路中电场力对电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程. 2.电功的计算式WUIt和电功率的计算式PUI均适用于任何电路.,例1 额定电压都是110 V、额定功率PA100 W、PB40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消
6、耗功率最小的电路是,答案,解析,解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断灯泡两端的电压是否是额定电压，或通过灯泡的电流是否是额定电流，对灯泡有PUI ，可知RARB. 对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110 V，B灯被烧毁，UA110 V，A灯不能正常发光. 对于B电路，由于RBRA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU并，B灯被烧毁，A灯不能正常发光. 对于C电路，B灯与滑动变阻器的并联电阻可能等于RA，所以可能出现UAUB110 V，两灯可以正常发光.,对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110 V，两灯可以正常发光. 比较C、D两个
7、电路，由于C电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，而D电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，所以C电路消耗电功率最小.,1.串联、并联电阻的功率分配(纯电阻电路),针对训练1 三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10 W，现将其中的两只灯泡串联起来，再与第三只灯泡并联在电路中，如图2所示，则整个电路允许消耗的最大功率为 A.30 W B.20 W C.15 W D.10 W,答案,解析,图2,导学探究 (1)某一电路中只含有某一电阻元件，即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻电路，哪些属于非纯电阻电路.,二、焦耳定律 热功率
8、,答案,答案 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、电容器、电解槽.,(2)纯电阻电路中，消耗的电能转化为什么形式的能？对于含电动机的电路，消耗的电能转化为什么形式的能？,答案 内能 内能和机械能,知识深化 1.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，电能全部转化为内能. (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中电流做功时，将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能等.,2.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较,例2 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是 A.电功率越大，电流做功
9、越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B.WUIt适用于任何电路，而WI2Rt 只适用于纯电阻电路 C.在非纯电阻电路中，UII2R D.焦耳热QI2Rt适用于任何电路,答案,解析,在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，故UII2R，C对. QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D对.,1.WUIt是电功的计算式，P电UI是电功率的计算式，适用于任何电路. QI2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量；P热I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率. 2.只有在纯电阻电路中才有WQ，P电P热，而在非纯电阻电路中WQ，P电P热.
10、3.在纯电阻电路中，由UItI2Rt得I ，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中，由UItI2Rt知UIR，即欧姆定律不成立.,例3 规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求： (1)接220 V的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；,答案,解析,答案 35 W 1 W,解析 排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为,排气扇的发热功率为P热I2R(0.16)240 W1 W. 排气扇转化为机械能的功率为 P机PP热(361) W35 W.,(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.,答案,解析,答案 1 210 W 1 21
11、0 W,解析 扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I 5.5 A. 电动机消耗的功率即电功率等于发热功率： P电P热UI2205.5 W1 210 W.,解答有关电动机问题时注意： (1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路. (2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路. (3)输入功率指电动机消耗的总功率.热功率是线圈电阻的发热功率.输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率.三者的关系：UII2RP机.,针对训练2 如图3所示，有一内电阻为4.4 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
12、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,解析,图3,电源的有关功率和电源的效率 (1)电源的总功率：P总IE. (2)电源的输出功率：P出IU. (3)电源内部的发热功率：P内I2r. (4)三者关系：P总P出P内(适用于任何电路) 或EIU外IU内I(适用于任何电路) 或EII2RI2r(适用于外电路是纯电阻的电路),三、电路中的能量转化,例4 如图4所示的电路中，电源电动势E10 V，内阻r0.5 ，电动机的电阻R01.0 ，电阻R11.5 .电动机正常工作时，电压表的示数U
13、13.0 V，求： (1)电源的总功率；,答案 20 W,答案,解析,图4,电源的总功率为P总EI102 W20 W.,解析 电动机两端的电压为 UEIrU1(1020.53.0) V6 V 电动机消耗的电功率为： P电UI62 W12 W 电动机的热功率为： P热I2R0221.0 W4 W 根据能量守恒定律，电动机将电能转化为机械能的功率 P机P电P热12 W4 W8 W,(2)电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率；,答案 12 W 8 W,答案,解析,解析 电源的输出功率为 P出P总P内P总I2r(20220.5) W18 W.,(3)电源的输出功率.,答案 18 W,答案,解析
14、,达标检测,1.(对电功率的理解)如图5所示，一幢居民楼里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.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为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，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是,答案,图5,解析 家用电器中有纯电阻元件也有非纯电阻元件，故总电功率只能用PUI来计算，C正确.,1,2,3,4,解析,2.(电功率公式的应用)下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为,答案,1,2,3,4,A.6.8 A B.4
15、.1 A C.1.2 A D.0.24 A,解析,3.(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图6甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足,答案,解析,1,2,3,4,A.R29R1 B.R26R1 C.R23R1 D.R1R2,图6,解析 设正常发光时通过每个灯泡的电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1PR2，即(3I)2R1I2R2，故R29R1，所以选项A正确.,1,2,3,4,4.(纯电阻电路与非纯电阻电路的比较)如图7所
16、示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U12 V，电解槽内阻rA2 ，当S1闭合、S2断开时，理想电流表的示数为6 A；当S2闭合、S1断开时，理想 电流表的示数为4 A，求： (1)电炉子的电阻及发热功率各多大？,答案,解析,1,2,3,4,答案 2 72 W,图7,其发热功率为：PRUI1126 W72 W.,(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？,答案,解析,答案 16 W,解析 电解槽为非纯电阻元件，发热功率为： P热I22rA422 W32 W， 电解槽的总功率为：P总UI2124 W48 W， 故电能转化为化学能的功率为： P化P总P热(4832) W16 W.,1,2,3,4,
