1、第二章 恒定电流2.4 焦耳定律【教学目标】1理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。2了解电功和电热的关系。了解公式 Q=I2Rt（P=I2R） 、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。3知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。重点：区别并掌握电功和电热的计算。难点： 区别电功和电热【自主预习】1.能量转化 电炉通电时， 能转化为 能；电动机通电时， 能转化为 能；蓄电池充电时， 能转化为 能；电能转化成其他形式能的过程就是 的过程，电流做功的多少 电能转化为其他形式能的数量。2.电功 自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移动，结果电荷的电
2、势能 ，其他形式的能 。电流在一段电路中所做的功等于这段电路 、 、 三者的乘积。计算式为 W= 。3.电功率 电流做的功叫电功率。用 表示电功率，表达式为 P= 。电流在一段电路上做功的功率 P 等于 与这段电路 的乘积。4.焦耳定律内容 电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟导体的电阻及通电时间成 。这个关系最初是 由实验得到的。5.表达式 Q= 。6.热功率 的发热量通常称为热功率，表达式为 P= 。7.电功与热量的关系 纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路： 非纯电阻电路： 电功与热量：在纯电阻电路中： 在非纯电阻电路中： 【典型例题】一、基本概念的理解【例 1】3关于电功和焦耳热，下列说
3、法错误的是( )A在纯电阻电路中，计算电功可用公式 W I2RtB在非纯电阻电路中，计算电功可用公式 W I2RtC在纯电阻电路中，计算焦耳热可用公式 Q I2RtD在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用公式 Q IUt【例 2】一根电阻丝，通过 2 C 的电荷量所消耗的电能是 8 J若在相同的时间内通过 4 C 的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是( )A4 V,16 J B8 V,16 JC4 V,32 J D8 V,32 J二、电功和电热的区别【例 3】 一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为 0.3 V，电流为 0.3 A松开转轴，在线圈两端加电压为
4、 2 V 时，电流为 0.8 A，电动机正常工作求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？【例 4】 、某一用直流电动机提升重物的装置如图 1 所示，重物质量 m=50kg，电源提供恒定电压 U=110V，不计各处摩擦，当电动机以 v=0.90ms 的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强 度 I=5A。求电动机线圈电阻 R（g=10ms 2） 。【课后练习】1.家用电饭锅有两种工作状态，一是锅内水烧开前的加热状态，一是水烧开后的保温状态，其电路如图 254 所示 R1是一电阻， R2是加热用的电阻丝，则电饭锅( )AS 闭合时为保温状态BS 断开时为加热状态CS 闭合时
5、为加热状态DS 断开时为保温状态2在电动机正常工作时，每秒钟电流做功和每秒钟内电枢上产生的热量的关系，下列说法中正确的是( )A电功等于电热B电功等于电热的 2 倍C电功等于电动机输出的机械能D电热仅为电功的一部分图 13用一个额定电压为 220 V 的电热水器煮沸一壶水需要 t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么( )A当线路电压为 110 V 时，煮沸一壶水需要 2t sB当线路电压为 110 V 时，煮沸一壶水需要 4t sC当线路电压为 55 V 时，煮沸一壶水需要 4t sD当线路电压为 55 V 时，煮沸一壶水需要 16t s4关于三个公式：(1) P
6、UI；(2) P I2R；(3) P ，下列叙述正确的是( )U2RA公式(1)适用于任何电路的电热功率B公式(2)适用于任何电路的电热功率C公式(1)、(2)、(3)适用于任何电路电功率D以上都不正确5一只普通的家用照明白炽灯，额定功率为 40 W，正常发光时，通过它的电流与下列哪一个值较为接近( )A20 A B2 A C0.2 A D0.02 A6两只灯泡 L1、L 2分别标有“110 V,60 W”和“110 V,110 W”，另外有一只滑动变阻器 R，将它们连接后接入 220 V 的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路( ) 7如图 5 所示
7、电路，电动机 M 转动起来后，将滑动变阻器的滑动触头向左移动时，电动机中产生的电热 Q 随电压表测得的电压 U 和电流表测得的电流 I 而变化的情况是(电动机线圈的电阻可以认为是不变的)( )A Q 跟电流 I 的平方成正比B Q 跟电压 U 的平方成正比C Q 跟电压 U 与电流 I 的乘积成正比D Q 跟电压 U 与电流 I 的比值成正比8两个电阻， R18 ， R2 2 ，并联在电路中，欲使这两个电阻消耗的电功率相等，可行的办法是( )A用一个阻值为 2 的电阻与 R2串联B用一个阻值为 1 的电阻与 R2串联C用一个阻值为 6 的电阻与 R1串联D用一个阻值为 2 的电阻与 R1串联9
8、.一幢居民楼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、电脑等等停电时，用欧姆表测得 A、 B 间的 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，如图 6 所示，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )A P I2R B P U2/RC P IU D PWt10.一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为 0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为 2 V 时，电流为 0.8 A，电动机正常工作。求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?电动机的机械功率
9、是多少?11一辆电动自行车的铭牌上给出了如下表的技术参数：规格 后轮驱动直流电机车型 26电动自行车 额定输出功率 120 W整车质量 30 kg 额定电压 40 V最大载量 120 kg 额定电流 3.5 A质量为 M70 kg 的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力 F 阻 恒为车和人总重的 k0.02 倍 g 取 10 m/s2.求：(1)此车电机的内阻和正常工作时的效率(2)在电机正常工作时，人骑车行驶的最大速度(g 取 10 m/s2)答案：例 1.答案 B例 2. 答案 D解析 利用 W qU 可求出电压 U1，再由 I 可以求出 U2，然后利用 W qU 求 W2.qt UR
10、设电阻丝电阻为 R，开始所加电压 U1，则 W1 q1U1即 82 U1，故 U14 V.设后来所加电压为 U2，产生的热量为 W2，则I2 q2t U2R又 I1 q1t U1R由得 U2 U1 4 V8 Vq2q1 42W2 q2U248 J32 J例 3 答案 1 .6 W 0.96 W解析 电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r 1 UI 0.30.3电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为： P 入 I1U10.82 W1.6 W电动机的机械功率P 机 P 入 I r1.6 W0.8 21 W0.96 W21
11、例 4课后练习1. 答案 CD2.答案 D3. 答案 BD解析 由 公式 Q t，煮沸一壶水所需的热量为 Q t J当电压变为原来的 时，U2R 2202R 12所需热量没变，因此时间要变为原来的 4 倍，即 4t s，选项 B 正确当电压变为原来的时，时间要变为原来的 16 倍，即 16t s，选项 D 正确.144.答案 D5.答案 C解析 家用照明白炽灯的额定功率为 40 W，额定电压为 220 V，根据 P UI，可得电流大约为 0.2 A.6. 答案 B解析 根据 P= RU2可知，灯泡 1L、 2的电阻 21R，灯泡的连接方式，要么串联，要么并联，根据电压跟电阻成正比分配 2，两灯
12、泡串联接入 220 V 的电路，要使每盏灯泡的电压均为 110 V，应在电阻大的 L1 上并联电阻 7. 答案 A解析 由于电动机是非纯电阻电路，电功不等于电热，电热 Q I2Rt，与电流的平方成正比但不能认为 Q UI.8. 答案 A9.答案 CD10.电动机不转动时，其消耗的电能全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得，电动机线圈内阻 r= = =1.电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为 P 入=I1U1=0.82W=1.6W.电动机的机械功率为 P 机=P 入- =0.96W.11.答案 (1)1.63 85.7% (2)6 m/s解析 (1)由表可知，电机的输出功率为 P 出 120 W，额定电压为 U040 V，额定电流为 I03.5 A电机正常工作时输入功率为P 入 U0I0403.5 W140 W所以电机的效率为 100% 100% 85.7%P出P入 120140设电机的内阻为 r，则由欧姆定律知： P 入 P 出 I r20解得 r1.63 (2)设车的质量为 m，由题意知，行驶时所受阻力为：F 阻 k(M m)g当达到最大速度 vm时，应用 P 出 F 阻 vm解得 vm6 m/s
