高中物理恒定电流（一）2.5焦耳定律学案
焦耳定律【学习目标】1. 理解电功及电功率，理解电功和其他形式的能量转化的关系。2. 知道焦耳定律的物理意义，掌握焦耳定律在生活中的应用。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。一、电功和电功率1电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力转移电荷做功，把 转化为其他形式的能2决定电流做功多少的因素：与电路两端的电压、电路中的电流、通电时间有关用公式表达为W ，式中四个量的国际单位分别为J、V、A、s.物理意义：电功的大小反映了电能转化为其他形式能的多少3电流做功的快慢表示电功率(1)定义：单位时间内 所做的功(2)公式及单位：P 三个物理量的单位分别是W、A、V.4. 想一想：(1) 两个电阻串联，功率和电阻存在什么关系？ (2) 两个电阻并联，功率和电阻存在什么关系？ 二、焦耳定律1内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成，跟导体的 及通电时间成正比2公式：Q 3热功率：单位时间内的发热量，P 4.想一想：电风扇、电冰箱消耗的电能等于I2Rt吗？电风扇、电冰箱消耗的电能转化成什么形式的能量？ 答案 一、1.电能 2. Uit 3.（1） 电流 （2）IU，I2 4. （1）由PI2R知，串联电阻的功率与电阻成正比. （2）由P 知，并联电阻的功率与电阻成反比.二、1. 正比 电阻 2. I2Rt. 3.I2R 4. 不等于；电风扇、电冰箱消耗电能没有全部转化为热能，有大部分转化为机械能，小部分转化为电热.知识点一 纯电阻电路与非纯电阻电路1. 纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器欧姆定律服从欧姆定律I不服从欧姆定律：U>IR或I<能量转化电流做功全部转化为电热电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等2电功与电热(1) 纯电阻电路WQUItI2RttP电P热UII2R(2) 非纯电阻电路：电功WUIt，电热QI2Rt，W>Q；电功率PUI，热功率P热I2R，P>P热【名师点睛】(1) 电能全部转化成电热为纯电阻电路，电能转化成电热和其他形式能为非纯电阻电路(2) 非纯电阻电路只能用QI2Rt计算电热，电功WUIt大于Q.(3) 对于含有电动机的电路，电动机转时是非纯电阻电路，电动机不转时是纯电阻电路3.电动机的特性（1）电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。（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，计算公式：P=UI（3）输出功率：电动机做有用功的功率。（4）热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P=IR（5）功率关系：（6）电动机的效率：=知识点一 纯电阻电路与非纯电阻电路【典例探究】【典例1】有一个直流电动机，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：(1) 电动机正常工作时的输出功率多大？(2) 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？【学霸提示】(1) 电动机是非纯电阻用电器，要注意区分电功率和热功率，电功率用 P总 UI 计算，热功率P热I2R，机械功率P机P总P热(2) 注意搞清电动机电路中的能量转化关系，用能量守恒定律来分析问题。【典例2】微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 ，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作求：(1)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？【典例3】一台电动机额定电压为220 V，额定电流为4 A，让这台电动机正常工作，则下列说法正确的是()A电动机对外做功的功率为880 WB电动机内发热功率为880 WC电动机的内电阻为55 D电动机的额定功率为880 W知识点二 串、并联电路中电功率的分析和计算1.串联电路中，I相同，由PI2R可知功率跟电阻成正比2并联电路中，U相同，由P可知功率跟电阻成反比3串联电路中，消耗总功率PUI(U1U2Un)IU1IU2IUnIP1P2Pn即总功率等于串联各电阻消耗功率之和4并联电路中消耗的总功率PUIU(I1I2In)UI1UI2UInP1P2Pn即总功率等于并联各电阻消耗功率之和5额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额U额I额(2)对于纯电阻用电器，P额IRU/R.如果加在用电器两端的电压小于额定电压，用电器所消耗的功率(实际功率)就小于额定功率。【名师点睛】1. 求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比还是反比关系。2. 当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。知识点二 串、并联电路中电功率的分析和计算【典例探究】【典例4】额定电压都是110 V，额定功率PA100 W，PB40 W的两盏电灯，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是图中的()【典例5】(多选)如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等.则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法，正确的是()A.U甲2U乙 B.U甲2U乙 C.R甲4R乙 D.R甲2R乙 答案与解析1.【答案】(1)1.5 W(2)8 W (2) 如果正常工作时，转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率P热 W8 W.2.【答案】(1)1.6 W(2)0.64 W(3)0.96 W【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UI20.8 W1.6 W(2) 电动机发热功率P热I2R(0.8)21 W0.64 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.3.【答案】D【解析】电动机额定功率PUI880 W，电动机不是纯电阻元件，额定功率等于发热功率与对外做功功率之和，故D对，A、B错。而电动机的内电阻不能用额定电压与额定电流的比值计算，C错。4.【答案】C【解析】 额定电压相同，PA>PB，由P可知RA<RB.由串联分压特点UA<UB可知，两灯均不能正常发光，A错C图B灯与变阻器并联使并联电阻R并<RB，则RA和R并可以相同，从而两灯可达正常发光，但B图电路不能保证正常发光D图两灯可正常发光，但C、D相比变阻器消耗功率，C图中P滑U(IAIB)；D图中P滑U(IAIB)，故正常发光情况下C图消耗功率最小，发光情况下滑动变阻器消耗功率最小5.【答案】BC 【解析】设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等，PU甲IU乙2I，得U甲2U乙；又由U甲2UIR甲，U乙U2IR乙，得R甲4R乙，故正确答案为BC. 1对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯泡是()A通过电流大的灯泡 B两端电压大的灯泡 C电阻值大的灯泡 D消耗电功率大的灯泡2关于电功W和电热Q的说法正确的是()A在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，且WQB在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，但W不一定等于QCWUIt、QI2Rt均只有在纯电阻电路中才成立DWUIt在任何电路中成立，QI2Rt只在纯电阻电路中成立3(多选)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4下图中虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a、b之间电阻是R，在a、b之间加上电压U，测得流过电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是()AI2R BU2/R CUI DUII2R5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R1R2R3()A111 B411 C144 D1226一盏电灯直接接在电压恒定的电源上，其功率为100 W，若将这盏电灯接上一段很长的导线后，再接在同一电源上，在导线上损失的电功率为9 W，那么此时电灯实际消耗的功率将()A大于91 W B小于91 W C等于91 W D条件不足，无法确定7. 电阻R1与R2的伏安特性曲线如图所示，并把第一象限分为、三个区域，现把R1与R2串联在电路中，R1和R2消耗的电功率分别为P1和P2，串联总电阻为R，下列关于P1与P2大小及R的伏安特性曲线所在区域的叙述，正确的是()AP1>P2，特性曲线在区 BP1<P2，特性曲线在区CP1>P2，特性曲线在区 DP1<P2，特性曲线在区 答案与解析1.【答案】D【解析】亮度大的灯泡，功率大，D正确2.【答案】B【解析】WUIt、QI2Rt适用于一切电路，但在纯电阻电路中WQ，在非纯电阻电路中W>Q，B对，A、C、D错。3.【答案】AD【解析】由Q热I2Rt知A对电炉为纯电阻用电器，UItI2Rt，UIR，电动机为非纯电阻用电器，UIt>I2Rt，U>IR，B、C错，D对。4.【答案】C【解析】选项A、B的表达式只适用于纯电阻电路，D项表达式表示在非纯电阻电路中的输出功率，虚线框中不知道是哪种元件，功率PUI总是适用的，C选项正确。5.【答案】C6.【答案】B【解析】 电源电压不变，当电阻增大时，由P可知，功率减小，所以将灯接在很长的导线上总功率小于100 W，导线损失9 W，则电灯的功率将小于91 W，故B选项正确。7.【答案】D【解析】由题图知R1<R2，二者串联电流相等，由PI2R，知P1<P2，串联电阻R大于R1也大于R2，故其伏安特性曲线将在区，选D。6
