高中物理第二章恒定电流第5节焦耳定律课件新人教版选修3.ppt

第第5 5节　焦耳定律节　焦耳定律自主学习自主学习课堂探究课堂探究课堂达标课堂达标自主学习自主学习学习目标学习目标1.1.知道电流做功的实质知道电流做功的实质, ,知道电流做功对应的能量转化知道电流做功对应的能量转化2.2.会推导电功和电功率的表达式会推导电功和电功率的表达式3.3.知道在纯电阻电路中知道在纯电阻电路中, ,电能全部转化为导体的内能电能全部转化为导体的内能4.4.知道焦耳定律知道焦耳定律, ,会用焦耳定律推导导体热功率的表达式会用焦耳定律推导导体热功率的表达式5.5.会计算电路中的电功、电功率、电热、热功率会计算电路中的电功、电功率、电热、热功率教材提炼教材提炼一、电功和电功率一、电功和电功率自由电荷自由电荷电流电流IUtIUtIUIU焦耳焦耳J J瓦特瓦特瓦瓦W W电能电能做功做功二、焦耳定律和热功率二、焦耳定律和热功率1.1.焦耳定律焦耳定律(1)(1)内容内容: :电流通过导体产生的热量跟电流的电流通过导体产生的热量跟电流的 成正比成正比, ,跟导体的跟导体的 . .及及 成正比。

成正比2)(2)表达式表达式:Q=I:Q=I2 2RtRt2.2.热功率热功率(1)(1)意义意义: :表示电流发热表示电流发热 的物理量的物理量二次方二次方电阻电阻通电时间通电时间快慢快慢(2)(2)定义定义: :单位时间内的单位时间内的 发热量发热量自我反馈自我反馈1.(1.(20182018·浙江名校协作体联考浙江名校协作体联考) )如图所示如图所示, ,在马蹄形磁铁中间放有金属导轨在马蹄形磁铁中间放有金属导轨, ,一金属棒放在导轨上一金属棒放在导轨上, ,通电后会运动通电后会运动, ,这一现象的实验原理跟下列家用电器主这一现象的实验原理跟下列家用电器主要原理一样的是要原理一样的是( (　　 　　) ) C C解析解析: :示意图中是通电电流在磁场中受到的安培力示意图中是通电电流在磁场中受到的安培力, ,答案中答案中A,BA,B是通电电是通电电流发热流发热,D,D是微波使得水分子共振发热是微波使得水分子共振发热,C,C是通电后线圈在磁场中受力是通电后线圈在磁场中受力, ,所所以答案为以答案为C C2.2.如图所示是某一用电器的铭牌。

从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的用电如图所示是某一用电器的铭牌从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的用电器可能是器可能是( (　　 　　) )A.A.电风扇电风扇B.B.电饭煲电饭煲C.C.电熨斗电熨斗D.D.电热水壶电热水壶A A解析解析: :根据铭牌读出用电器的额定功率为根据铭牌读出用电器的额定功率为24 W,24 W,选项中电饭煲、电熨斗、选项中电饭煲、电熨斗、电热水壶都是大功率用电器电热水壶都是大功率用电器, ,只有电风扇的功率较小只有电风扇的功率较小, ,故故A A正确3.3.将两个定值电阻将两个定值电阻R R1 1,R,R2 2并联在电压为并联在电压为U U的电源两端的电源两端,R,R1 1消耗的功率为消耗的功率为P P1 1,R,R2 2消耗消耗的功率为的功率为3P3P1 1, ,当把它们串联在电压为当把它们串联在电压为4U4U的电源两端时的电源两端时, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( (　　 　　) )A.RA.R1 1两端的电压为两端的电压为U UB.RB.R2 2消耗的功率变小消耗的功率变小C.C.通过通过R R2 2的电流变小的电流变小D.D.两个电阻消耗的总功率为两个电阻消耗的总功率为12P12P1 1D D4.(4.(20182018·浙江浙江“超级全能生超级全能生”联考联考) )电动机是把电能转化成机械能的一种设电动机是把电能转化成机械能的一种设备备, ,在工农业、交通运输、国防及家电、医疗领域广泛应用。

图示表格是某在工农业、交通运输、国防及家电、医疗领域广泛应用图示表格是某品牌电动机铭牌的部分参数品牌电动机铭牌的部分参数, ,据此信息据此信息, ,下列说法中不正确的是下列说法中不正确的是( (　　 　　) )A.A.该电动机的发热功率为该电动机的发热功率为110 W110 WB.B.该电动机转化为机械能的功率为该电动机转化为机械能的功率为1 100 W1 100 WC.C.该电动机的线圈电阻该电动机的线圈电阻R R为为4.4 Ω4.4 ΩD.D.该电动机正常工作时每分钟对外做的功为该电动机正常工作时每分钟对外做的功为5.94×105.94×104 4 J JB B型号型号YE3-132S2-2YE3-132S2-2编号号521780521780额定功率定功率1 100 W1 100 W额定定电压220 V220 V额定定电流流5.0 A5.0 A额定定转速速2 900 r/min2 900 r/min效率效率90.0%90.0%频率率50 Hz50 Hz解析解析: :由铭牌信息知由铭牌信息知, ,电动机工作的额定功率电动机工作的额定功率P P总总=UI=1 100 W,=UI=1 100 W,热功率热功率P P热热= = 10%P10%P总总=110 W,=110 W,输出功率输出功率P P机机=90%P=90%P总总=990 W,=990 W,电动机每分钟对外所做的功电动机每分钟对外所做的功W=PW=P机机t=5.94×10t=5.94×104 4 J, J,由由P P热热=I=I2 2R R解得电动机线圈电阻解得电动机线圈电阻R=4.4 Ω,R=4.4 Ω,故故A,C,DA,C,D正正确确,B,B错误。

错误课堂探究课堂探究要点突破要点突破【【例例1 1】】如图所示如图所示, ,有一提升重物用的直流电动机有一提升重物用的直流电动机, ,内阻内阻r=0.6 Ω,R=10 r=0.6 Ω,R=10 Ω,U=160 V,Ω,U=160 V,电压表的读数为电压表的读数为110 V,110 V,求求: :(1)(1)通过电动机的电流是多少通过电动机的电流是多少? ?要点一要点一电功、电功率的计算电功、电功率的计算答案答案: :(1)5 A(1)5 A(2)(2)输入到电动机的电功率是多少输入到电动机的电功率是多少? ?(3)(3)电动机中发热的功率是多少电动机中发热的功率是多少? ?(4)(4)电动机工作电动机工作1 h1 h所产生的热量是多少所产生的热量是多少? ?向外输出的机械能是多少向外输出的机械能是多少? ?解析解析: :(2)(2)输入到电动机的电功率输入到电动机的电功率P=UP=UV VI=550 WI=550 W3)(3)电动机中发热的功率电动机中发热的功率P P热热=I=I2 2r=15 Wr=15 W(4)(4)电动机工作电动机工作1 h1 h所产生的热量所产生的热量Q=IQ=I2 2rt=5.4×10rt=5.4×104 4 J J输出的机械能输出的机械能E E输输=U=U V VIt-IIt-I2 2rt=1.926×10rt=1.926×106 6 J J。

答案答案: :(2)550 W(2)550 W　　(3)15 W(3)15 W(4)5.4×10(4)5.4×104 4 J J　　1.926×101.926×106 6 J J规律方法规律方法针对训练针对训练1:1:( (20182018·浙江嘉兴期末浙江嘉兴期末) )如图所示为一台冬天房里取暖用的暖风机如图所示为一台冬天房里取暖用的暖风机其内部电路可简化为加热电阻丝与电动机串联其内部电路可简化为加热电阻丝与电动机串联, ,电动机带动风叶转动电动机带动风叶转动, ,将加热将加热后的热空气吹出设电动机的线圈电阻为后的热空气吹出设电动机的线圈电阻为R R1 1, ,电阻丝的电阻为电阻丝的电阻为R R2 2, ,将暖风机接将暖风机接到额定电压为到额定电压为U(U(有效值有效值) )的交流电源上的交流电源上, ,正常工作时正常工作时, ,电路中的电流有效值为电路中的电流有效值为I,I,电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为P P1 1,P,P2 2,P,,P,则下列关系式正确则下列关系式正确的是的是( (　　 　　) )A.PA.P1 1=I=I2 2R R1 1B.PB.P2 2>I>I2 2R R2 2C.P=UIC.P=UID.P=ID.P=I2 2(R(R1 1+R+R2 2) )C C解析解析: :电吹风机消耗的电功率电吹风机消耗的电功率P P是总的功率是总的功率, ,总功率的大小为总功率的大小为P=IU,P=IU,故故C C正确正确; ;电动机两端的电压为电动机两端的电压为U'=U-IRU'=U-IR2 2, ,电动机消耗的电功率为电动机消耗的电功率为P P1 1=U'I=UI-I=U'I=UI-I2 2R R2 2, ,故故A A错误错误; ;电阻丝是纯电阻电阻丝是纯电阻, ,所以消耗的电功率所以消耗的电功率P P2 2=I=I2 2R R2 2, ,故故B B错误错误; ;因为电动因为电动机是非纯电阻机是非纯电阻, ,所以暖风机消耗的电功率所以暖风机消耗的电功率P>IP>I2 2(R(R1 1+R+R2 2),),故故D D错误。

错误要点二要点二 【例【例2 2】】 ( (20182018·浙江名校新高考研究联盟第一次联考浙江名校新高考研究联盟第一次联考) )如图所示是某款锂电池电动如图所示是某款锂电池电动自行车的铭牌已知该车行驶时所受的阻力为总重力的自行车的铭牌已知该车行驶时所受的阻力为总重力的0.10.1倍根据铭牌信息倍根据铭牌信息, ,下列下列说法正确的是说法正确的是( (　　 　　) )A.A.充电电流大约为充电电流大约为11.1 A11.1 AB.B.该电池储存的总能量为该电池储存的总能量为561.6 J561.6 JC.C.若车轮被卡住不能转动若车轮被卡住不能转动, ,则该电机消耗的功率也为则该电机消耗的功率也为400 W400 WD.D.一体重为一体重为50 kg50 kg的女生在平直公路上匀速骑行该车时的最大速率约为的女生在平直公路上匀速骑行该车时的最大速率约为21 km/h21 km/h纯电阻电路与非纯电阻电路纯电阻电路与非纯电阻电路型号型号36 V 400 W 15.6 Ah36 V 400 W 15.6 Ah充充电时间5 5～～6 6小小时续航航4040～～5050公里公里可否折叠可否折叠是是电压　功率　功率36 V36 V　　400 W400 W净重重18.3 kg18.3 kg电池容量池容量15.6 Ah15.6 Ah车身材身材质铝合金合金电池寿命池寿命充充电1 0001 000次次/5/5年年可可载重重200 kg200 kgD D规律方法规律方法非纯电阻电路的解答思路非纯电阻电路的解答思路(1)(1)像有电动机这样的非纯电阻用电器的电路像有电动机这样的非纯电阻用电器的电路, ,要注意区分电功率和热功率要注意区分电功率和热功率, ,电功率用电功率用P P总总=IU=IU计算计算, ,热功率热功率P P热热=I=I2 2R,R,机械功率机械功率P P机机=P=P总总-P-P热热。

2)(2)在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中, ,一定要注重电路中电流的求解一定要注重电路中电流的求解, ,特别是在纯电阻上寻特别是在纯电阻上寻找满足欧姆定律的关系找满足欧姆定律的关系3)(3)注意搞清楚电路中的能量转化关系注意搞清楚电路中的能量转化关系, ,用能量守恒定律来分析问题用能量守恒定律来分析问题针对训练针对训练2:2:在研究微型电动机的性能时在研究微型电动机的性能时, ,可采用如图所示的实验电路当调可采用如图所示的实验电路当调节滑动变阻器节滑动变阻器R,R,使电动机停止转动时使电动机停止转动时, ,电流表和电压表的示数分别为电流表和电压表的示数分别为0.5 A0.5 A和和1.0 V;1.0 V;当重新调节当重新调节R,R,使电动机恢复正常运转时使电动机恢复正常运转时, ,电流表和电压表的示数分别电流表和电压表的示数分别为为2.0 A2.0 A和和15.0 V15.0 V则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是( (　　 　　) )A.A.电动机的内阻为电动机的内阻为7.5 Ω7.5 ΩB.B.电动机的内电阻发热功率为电动机的内电阻发热功率为8.0 W8.0 WC.C.电动机的输出功率为电动机的输出功率为30 W30 WD.D.电动机的效率约为电动机的效率约为27%27%B B教材探究教材探究教材教材P P5353电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时, ,电能全部转化为内能。

额电能全部转化为内能额定电压相同的灯泡定电压相同的灯泡, ,额定功率越大额定功率越大, ,电阻越小电阻越小, ,正常工作时单位时间内产生的正常工作时单位时间内产生的热量越多可是按照焦耳定律热量越多可是按照焦耳定律, ,电阻越大电阻越大, ,单位时间内产生的热量越多二者单位时间内产生的热量越多二者似乎矛盾似乎矛盾, ,这是怎么回事这是怎么回事? ?答案答案: :前者说电阻越小前者说电阻越小, ,正常工作时单位时间内产生的热量越多正常工作时单位时间内产生的热量越多, ,前提条前提条件是电压相同件是电压相同; ;而后者说而后者说, ,电阻越大电阻越大, ,单位时间内产生的热量越多单位时间内产生的热量越多, ,前提条前提条件是电流相同件是电流相同, ,两者并不矛盾所以在应用公式时应该特别注意前提条两者并不矛盾所以在应用公式时应该特别注意前提条件课堂达标课堂达标1.1.下列家用电器中下列家用电器中, ,正常工作时电能几乎全部直接转化为内能正常工作时电能几乎全部直接转化为内能( (热能热能) )的是的是( (　　 　　) )A.A.电风扇电风扇B.B.电饭煲电饭煲C.C.吸尘器吸尘器D.D.洗衣机洗衣机B B解析解析: :电风扇、吸尘器、洗衣机为非纯电阻用电器电风扇、吸尘器、洗衣机为非纯电阻用电器, ,电饭煲为纯电阻用电电饭煲为纯电阻用电器器, ,消耗的电能直接转化为内能。

消耗的电能直接转化为内能2.2.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是( (　　 　　) )A.A.电功率越大电功率越大, ,电流做功越快电流做功越快, ,电路中产生的焦耳热一定越多电路中产生的焦耳热一定越多B.B.电功电功W=IUtW=IUt适用于任何电路适用于任何电路, ,而而W= tW= t只适用于纯电阻电路只适用于纯电阻电路C.C.在非纯电阻电路中在非纯电阻电路中,IU >I,IU >I2 2R RD.D.焦耳热焦耳热Q=IQ=I2 2RtRt适用于任何电路适用于任何电路A A3.3.标有标有“6 V6 V　　6 W6 W”和和“6 V6 V　　3 W3 W”的灯泡的灯泡L L1 1和和L L2 2串联接在某电源上串联接在某电源上, ,设灯设灯丝电阻不变丝电阻不变, ,则则( (　　 　　) )A.A.通过灯通过灯L L1 1,L,L2 2的电流之比为的电流之比为2∶12∶1B.B.灯灯L L1 1,L,L2 2的实际功率之比为的实际功率之比为2∶12∶1C.C.电源电压为电源电压为12 V12 V时时, ,灯灯L L1 1,L,L2 2均正常发光均正常发光D.D.电源电压为电源电压为9 V9 V时时, ,灯灯L L2 2正常发光正常发光D D4.(4.(20182018·浙江名校协作体高三开学考试浙江名校协作体高三开学考试) )如图所示为某家庭使用的智能电如图所示为某家庭使用的智能电饭煲的铭牌。

假定该家庭用此电饭煲每天煮饭两次饭煲的铭牌假定该家庭用此电饭煲每天煮饭两次, ,每次在额定功率下工作每次在额定功率下工作3030分钟分钟, ,电价电价1 kW1 kW·h h为为0.540.54元则该电饭煲元则该电饭煲( (　　 　　) )A.A.工作时的额定电流为工作时的额定电流为0.41 A0.41 AB.B.保温时的电流为保温时的电流为0.2 A0.2 AC.C.每次煮饭需消耗电能每次煮饭需消耗电能4.5 kW4.5 kW·h hD.D.一年因煮饭而产生的电费约为一年因煮饭而产生的电费约为177177元元D D5.5.如图所示是一直流电动机工作时的电路图电动机内阻如图所示是一直流电动机工作时的电路图电动机内阻r=0.8 Ω,r=0.8 Ω,电路电路中另一电阻中另一电阻R=10 Ω,R=10 Ω,直流电压直流电压U=160 V,U=160 V,电压表示数电压表示数U UV V=110 V=110 V试求: :(1)(1)通过电动机的电流通过电动机的电流; ;答案答案: :(1)5 A(1)5 A　　(2)(2)输入电动机的总功率输入电动机的总功率; ;(3)(3)电动机输出的机械功率。

电动机输出的机械功率答案答案: :(2)550 W(2)550 W　　(3)530 W(3)530 W解析解析: :(2)(2)电动机的分压电动机的分压U UM M=U=UV V=110 V=110 V输入电动机的总功率输入电动机的总功率P P总总=I=IM M·U UM M=550 W=550 W。