1、第五课时 焦耳定律教材分析本节从能量转化的角度理解电功和电热，区分纯电阻电路与非纯电阻电路教材没有通过实验归纳引入焦耳定律，而是从能量守恒定律分析得出的这里又一次应用了功能关系的思想电功和电热的区别是本节课的重点WUIt ，WI 2Rt，W t 等公式的应用条件是本节课U2R的难点课标解读1. 从电能向其他形式能的转化理解电功及电功率，理解电功和能量转化的关系2. 知道焦耳定律的物理意义，关注焦耳定律在生活、生产中的应用3. 从能量的转化和守恒理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路和非纯电阻电路导学过程引入新课电流流经用电器通过电流做功把电能转化为其他形式的能电功W UIt电功率 PUI纯电阻电
2、路和非纯电阻电路 (能量守恒)电热：QI 2Rt归W UqI qt 纳总结：电功、电热的关系，各公式适用范围、条件知识应用巩固练习提出问题导入新课：电流通过电炉、电动机和日光灯等用电器时，电能各转化成什么形式的能？本节课我们来共同学习这些内容温故知新1. 用电器：把电能转化为其他形式的能的装置2. 电流经过用电器时做的功：如果用电器两端电压为 U，通过用电器的电流为 I，则在 t 时间内电流做功：WUIt.用电器消耗的电能为 UIt.新知梳理1. 电功和电功率(1)电功：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压 U、_、通电时间 t 三者的乘积，即 W_.(2)电功率：电流做功的功率，等
3、于电流 I 和电路_的乘积即 P_.(3)在国际单位制中，电流、电压、时间的单位分别是_ 、_、_.电功、电功率的单位分别是_和_2. 焦耳定律(1)电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的_ (2)焦耳定律的公式 Q_.(3)热功率：单位时间内电流做功产生的_公式为 _(4)在纯电阻的电路里，电功_电热，电功率_ 热功率(5)非纯电阻电路：电流做功除转化为内能外，还转化为_ (6)在非纯电阻电路里，电功_电热，电功率_ 热功率3. 用电器的功率(1)额定功率：_.当用电器以额定功率工作时，其两端所加电压为_(2)实际功率：_，为使用电器不被烧坏，要求用电器的 _不大于_小试身手1. 对
4、于连入电路的各个灯泡而言，亮度大的灯泡( )A. 两端的电压大 B. 通过的电流大C. 灯泡的电阻大 D. 消耗的电功率大2. 关于电功的说法中，不正确的是( )A. 导体内电场力移送电荷做的功叫做电功B. 电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程C. 电流做功消耗的能量是由电源提供的D. 电功就是电能3. 关于三个公式：PUI 、PI 2R、P 的适用范围，以下说法正确的是( )U2RA. 第一个公式普遍适用于电功率，后两式普遍适用于求电热功率B. 在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用求电热功率C. 在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二公式可用于求电热功率
5、，第三个公式没有意义D. 由 UIR 可知三个公式没有任何分别，它们表达相同的意义，既是电功率，也是热功率4. 标有 “220 V 25 W”的灯泡甲与标有“24 V 25 W”的灯泡乙相比较，下列说法中正确的是( )A. 甲灯比乙灯亮B. 两灯均正常发光时亮度一定相同C. 甲灯电阻比乙灯大D. 甲灯额定电流一定小于乙灯额定电流探究讨论用电器正常工作时都需要消耗电能，试分析电风扇和电炉正常工作时的能量转化有何不同？电风扇正常工作时主要将消耗的能量转化为机械能，同 时 由于导体电阻的存在伴随着产生焦耳热，即电风扇将电能转化为机械能和内能；而 电炉消耗电能全部 转化为焦耳热，因此 电风扇为非纯电阻
6、用电器，电炉为纯电阻用 电器讲练大课堂一、电功及电功率1. 电功电流做的功，实质上是电场力移送电荷做的功电功 WUIt 适用于任何电路在纯电阻电路中，WUItI 2Rt t.U2R电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就表明有多少电能转化为其他形式的能2. 电功率计算电功率的普适公式为 P 和 PUI .Wt电功率表示电流做功的快慢用电器实际消耗的电功率与其额定功率之间的关系，完全取决于用电器两端所加的实际电压与额定电压的关系UU 额 时，PP 额 ；UU 额 时，PP 额 ；U U 额 时，PP 额例 1 一根电阻丝，通过 2 C 电荷量所消耗的电能是 8 J若在相同
7、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( )A. 4 V,16 J B. 8 V,16 J C. 4 V,32 J D. 8 V,32 J点拨 WUIt、qIt 、I 三个公式相 结合便可轻松解决UR反馈平台1. 把家用电炉的电阻丝剪去一小段后，继续使用，在同样的时间内则( )A. 由 PI 2R 知，电炉的功率减小B. 由 PUI 知，电炉的功率不变C. 由 P 知，电炉的功率增大U2RD. 无法确定电炉功率的变化情况二、焦耳定律1. 电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的部分叫做电热2. 焦耳定律：QI 2Rt 是电流热效应的规律，只要计算电热都要用焦耳定律3
8、. 热功率是指单位时间的发热量 P .Qt因此 P 热 I 2R 适用于任何电路例 2 电阻 R1 和 R2 分别标有规格“100 4 W”和“12.5 8 W”，将它们串联起来之后，能承受的最大电压是( )A. 30 V B. 90 V C. 22.5 V D. 25 V点拨 两电阻串联后的最大电流为较小的额定电流反馈平台2. 两个用电器的额定电压都是 6 V，额定电流分别是 0.1 A 和 0.3 A把这两个用电器并联后接在电压为 8 V 的电路中，要使它们正常工作，应附加多大电阻？怎样连接？该电阻热功率多大？三、电功与电热1. 在纯电阻电路中电流做功将电能全部转化为内能，此时有 WQ ，
9、即 UItI 2Rt Pt.U2tR2. 在非纯电阻电路中，如含有电动机的电路中电能转化为内能和机械能，即 UItI 2RtE 机 ；在含有电解槽的电路中电能转化为内能和化学能，即 UItI 2RtE 化 在这种情况下，电功只能用WUIt 计算，电热只能用 QI 2Rt 计算3. 电功和电热的数量关系：WQ ，即 UItI 2Rt.当且仅当电路为纯电阻电路时取等号例 3 如图所示，有一个提升重物用的直流电动机，电阻为 r0.6 ，电路中固定电阻 R10 ，电路两端的电压 U160 V，电压表的示数 U110 V，则通过电动机的电流是多少？电动机的输入功率和输出功率各是多少？点拨 在处理非纯电阻
10、电路的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发， 紧紧围绕能的转化和守恒定律，利用“电功电热其他能量 ”寻找等量关系而求解反馈平台3. (改编题 )有一直流电动机电枢电阻为 1 ，在 12 V 电压下正常工作，已知电动机的机械功率为 20 W，则这时通过电动机的电流为多大？误区警示在电功率问题中，关键要清楚 PUI 是总功率，也就是消耗的电功率消耗的电能可转化为内能，也可转化为机械能，也可转化为化学能等，各种各样的用电器其实是把电能转化为其他能量的装置不管什么用电器，UI 一定是它消耗的电功率比如电力公司收电费，就是收 UIt 对应的数值，并不关注转化成了什么能量而热功率 PI 2R 仅仅是转化
11、成内能的部分电功率，显然UII 2R.【例】 如图所示，电阻 R 和电动机 M 串联接到电路中已知电阻 R 跟电动机线圈电阻相等，开关接通后，电动机正常工作，设电阻 R 和电动机两端的电压分别为 U1 和 U2；经过时间 t，电流通过电阻 R 做功 W1，产生的电热为 Q1；电流通过电动机 M 做功W2，产生的电热为 Q2，则( )A. U1I2Rt 而对于电阻 R，W1I 2Rt，因此有 W2W1，U2U1，而电热 Q1Q 2.正解 AD相关链接焦耳定律的微观解释电子在电场作用下得到的与漂移速度有关的动能为k m E12 u2t 12e2E22mv2由于电子在碰撞后平均定向运动速度为 0，所
12、以上式所决定的动能就是碰撞时传递给金属的动能设在单位时间内，每一电子平均碰撞 次，由气体分子运 动论可知， Z Zv在单位时间内，金属单位体积 内的自由电子由碰撞而传给 金属的总能量为p k n E2E 2EZne22mv第五课时 焦耳定律同步测评【基础巩固 轻松过关】1. 关于电功和电功率，下列说法中正确的是( )A. 电流做功就是电场力对电荷做功，从而把电能转化为其他形式的能B. 电功率越大，电流做功越多C. 电功率越大，电流做功越快D. 在相同时间内，额定功率越大的用电器，电流做功一定越多2. 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，在相同时间内( )A. 电炉放热与
13、电动机放热相等 B. 电炉两端电压小于电动机两端电压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功率3. 如图所示 L1、L 2 是两个不同的小灯泡，a，b 间有恒定电压，它们都正常发光，当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时，发生的现象是( )A. L1 亮度不变，L 2 变暗 B. L1 变暗，L 2 变亮C. 电路消耗的总功率减小 D. 经过滑动变阻器的电流减小4. 不考虑温度对电阻的影响，对于一个“220 V 40 W”的灯泡，下列说法中正确的是( )A. 接在 110 V 的电路上时的功率为 20 W B. 接在 110 V 的电路上时的功率为 10 WC. 接在
14、 440 V 电路上时的功率为 160 W D. 接在 220 V 电路上时的功率为 40 W5. 规格为 “220 V 36 W”的排气扇，线圈的电阻为 40 ，求接上 220 V 电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热功率如果接上电压后，扇叶被卡住，不能转动，求此时电动机消耗的功率和发热功率【考题试练 锋芒初显】6. 下面列出不同品牌的电视机、电风扇、空调机和电冰箱铭牌上的主要项目：BC65B 电冰箱54 cm彩 色 电 视 接 收 机工 作 电 压 170 240 V工 作 频 率 50 Hz额 定 功 率 85 W额定电压 220 V 工作频率 50 Hz 额定功率 70 W 耗电荷量
15、 0.8(kWh)/24 hFS 69电 风 扇规 格 400 mm额 定 电 压 220 V工 作 频 率 50 Hz额 定 功 率 65 WKFR 33GW空 调 机额 定 电 压 220 V工 作 频 率 50 Hz制 冷 /制 热 电 流 ：6.2 A/6.2 A根据铭牌上提供的信息，判断下列说法中正确的是( )A. 正常工作时电风扇中流过的电流最小B. 正常工作时电风扇消耗的电功率最小C. 在 24 小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电多D. 在 24 小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电少7. (改编题)“神舟”六号载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电
16、池供电的，由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应， “神舟”六号飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池，在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达 23 %，单片单晶硅太阳能电池可产生 0.6 V 的电压，可获得 0.1 A 的电流，则每秒钟照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是( )A. 0.24 J B. 0.25 J C. 0.26 J D . 0.28 J8. (2010珠海测试 )如图所示电路中，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，电动机中产生的热功率 P 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
17、不变的)( )A. P 跟电流 I 的平方成正比B. P 跟电压 U 的平方成正比C. P 跟电压 U 与电流 I 的乘积成正比D. P 跟电压 U 与电流 I 的比值成正比9. (2010深圳检测)有一直流电动机，把它接入 0.2 V 电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是 0.4 A；若把电动机接入 2.0 V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是 1.0 A求电动机正常工作时的输出功率有多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？10. 由电源引到某工地的一只“220 V 100 W”的灯泡亮度比较暗，若实际功率只有 81 W，而电源电压为 220
18、 V不计灯泡灯丝的电阻随温度的变化，则输电线上损失的电功率是多少？第五课时 焦耳定律答案小试身手1.答案 D 2.答案 D 3.答案 BC 4.答案 BCD例 1 解析 设电阻丝电阻为 R，开始所加电压 U1，则 W1q 1U1 即 82U 1，可得 U14 V.设后来所加电压为 U2，电功为 W2，则 I2 ，又 I1 解得 U2 U1 4 V8 q2t U2R q1t U1R q2q1 42V，W2 q2U248 J32 J D 正确答案 D反馈平台1.解析 电炉可视为纯电阻电器， 电阻丝剪去一段后， 电阻 变小而电压 U 不变，因此由 P可知电炉的功率增大，选项 C 正确U2R答案 C例
19、 2 解析 R 1、R2 的额定电流分别为I1 A0.2 A，P1R1 4100I2 A0.8 A.P2R2 812.5由于 R1 中允许通过的最大电流也就是串联电路中允许通过的最大电流，有 UmaxI 1(R1R 2)0.2(10012.5)V 22.5 V.答案 C反馈平台2.解析 (1)两个用电器的额定电压都是 6 V，并 联后接到 6 V 的电路上就能正常工作；而现在电路的电压是 8 V，大于 6 V，故 应串联一个分压电阻 Rx，使其分担 2 V 的电压，这个分压电阻通过的电流，应等于通过两用电器的 电流之和， 电路连接情况如 图所示I0.1 A0.3 A0.4 AR x 5 .Ux
20、I 8 60.4(2)应串联一个 5 的分压电阻，其功率 Px W 0.8 W.U2xRx 225例 3 解析 电阻 R 与电动机串联， 电流相等， 对电阻 R 根据欧姆定律得：I 5 A，U UR 160V 110V10电动机的输入功率 PIU 5 A 110 V550 W，电动机的发热功率 P1I 2r 520.6 W15 W，所以电动机的输出功率 P 出 PP 1535 W.点评 在非纯电阻电路的计算中，要注意非纯电阻用电器两端的电压并非是全部降落在用电器内阻上的电压，内阻上的电压为 Ir，只有在输出功率为零时( 这时电路变为纯电阻电路)两者才相等但是，无论在纯电阻电路还是在非纯电阻电路
21、中，发热功率都是 I2R.反馈平台3.解析 直流电动机消耗的电能一部分转化为电热，一部分转化为机械能输出， 设在 12 V 的电压下，电动机工作电流为 I，则 P 电 UI I 2RP 机 ，代入数据得 I212I200，解得 I2 A 或I10 A当 I 10 A 时，电热 功率 P 热 I 2R100 W远大于输出的机械功率，不符合实际情况应舍去答案 2 A第五课时 焦耳定律同步测评答案1.答案 AC2.解析 电动机线圈电阻和电炉电阻相同，通 过相同电流 时，在相等 时间内产生的焦耳热相同，A 正确对电动机 UItI2Rt，对于电炉 UItI 2Rt，B、D 正确答案 ABD3.解析 当滑
22、动变阻器的触头向右滑动时，变阻器电阻变 大， R 总 变大， I 总 减小， L1实际功率变小即亮度变暗，U 并 UI 总 R1变大，由 P 知 L2 的实际 功率变大， L2变亮，P 总 UI 变小， I 变U2RI 总 I2变小答案 BCD4.解析 由 P 得灯泡的电 阻 R 1 210 .所以电压为 110 V 时，功率U2R 220240P W10 W选项 B 正确；当电压为 440 V 时，超过灯泡的额定电压，故灯泡会被U 2R 11021210烧坏，选项 C 错误 答案 BD5.答案 P 热 1 W P 机 35 W PP 热 1 210 W6.答案 ABD7.解析 根据 WUIt
23、 可得每秒钟太阳能电池产生的电能 为 W0.06 J，设该太阳能电池每秒钟接收的太阳光的能量为 Q，则 Q 0.26 J， 选项 C 正确W23%答案 C8.解析 非电阻电路中计算热功率只能用 PI 2R.答案 A9.解析 电动机不转动时，有 I ，线圈电阻 r 0.5 .电动机正常转动时 P 出Ur UI 0.2 V0.4 APP 热 UI I2r2.01.0 W1.0 20.5 W1.5 W .此时转子若被卡住，则线圈发热 功率 P W8 W.U2r 2.020.5答案 1.5 W 8 W10.解析 由 P 得灯泡电阻为 R 484 .当实际功率 P81 W 时，灯泡两U2R U2P 2202100端电压为 U V198 V. 流过灯泡的 电流为 I A0.4 A则输电P R 81484PU 81198线上损失的电功率为 P 损 UI(UU )I(220198)0.4 W8.8 W.答案 8.8 W
