焦耳定律.doc

§2.5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。
活动一：用所学知识理解电功和电功率的公式和意义
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.电功的定义：自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移动，使电荷的电势能 ，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。
实际功率：
额定功率：
【例1】 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(　　)
A．4 V,16 J　 　B．8 V,16 J C．4 V,32 J D．8 V,32 J
【例2】 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(　　)
A．20 A B．2 A C．0.2 A D．0.02 A
【例3】 两只灯泡L1、L2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(　　)

活动二：焦耳定律的理解
1．思考：为什么电视机和电风扇使用时间长了会发热？

2.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。
表达式 Q= 。
3.热功率： 的发热量通常称为热功率，表达式为P= 。
【例4】学习方案52页例2和变式训练2
4．电水壶通电时，电流做功把 能转化为 能；
电动机通电时，电流做功把 能转化为 能和 能。
从能量转化的角度把电路分为两种：
①纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的________．
②非纯电阻电路：含有__________或__________的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为__________或________.
5.纯电阻电路和非纯电阻电路的区别：

纯电阻电路
非纯电阻电路
元件特点
电路中只有电阻元件
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
遵从欧姆定律I＝
不遵从欧姆定律：U>IR或I<
能量转化
电流做功全部转化为内能
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、电炉丝等
电动机、电解槽等

活动三：电动机模型
1．电动机的等效处理
电动机是一种非纯电阻性用电器，它把电能转化为机械能和热能．在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻和无电阻的转动线圈D串联而成，如图所示，电流通过时把电能转化为热能，而线圈D把电能转化为机械能．
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：＝
3. 输出功率：电动机做有用功的功率．如图所示，(设重物匀速上升)
计算公式：＝
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＝
5．输入功率、输出功率、热功率的关系：
6．电动机的效率：η＝
7．解决电动机问题注意分两种情况：
(1)当电动机正常工作时，要分别搞清电动机的总功率、输出功率和热功率．
(2)当电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个 电路.
活动四：电功和电热的区别
【例5】 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6】 某一用直流电动机提升重物的装置如图所示，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=0.90m／s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=10m／s2）。

总结：电功和电热间的有何关系？
项目
电功
电热[来源:Zxxk.Com]
电功与电热的比较
电功实质是静电力移动电荷做的功，W＝qU＝UIt
电热是由于电流的热效应，电流通过导体发热，Q＝I2Rt
电功与电热的联系与区别
纯电阻电路中，
U＝IR，UIt＝I2Rt＝U2t/R
电功等于电热
非纯电阻电路中电流通过导体时，不仅发热，而且还能做功、电解、形成磁场等等．在非纯电阻电路中电功大于电热，即W>Q，UIt>I2Rt
电功率与电热功率的关系
纯电阻电路中，
P＝UI＝I2R＝
非纯电阻电路中UI>I2R，t既不能表示电功，也不能表示电热

【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2－5－4所示．R1是一电阻，R2是加热用的电阻丝，则电饭锅(　　)
A．S闭合时为保温状态
B．S断开时为加热状态
C．S闭合时为加热状态[来源:学科网ZXXK]
D．S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
3．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 s
B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s
C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s
D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s
4．关于三个公式：(1)P＝UI；(2)P＝I2R；(3)P＝，下列叙述正确的是(　　)
A．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．如图5所示电路，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
6．两个电阻，R1＝8 Ω，R2＝2 Ω，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 Ω的电阻与R2串联
B．用一个阻值为1 Ω的电阻与R2串联
C．用一个阻值为6 Ω的电阻与R1串联
D．用一个阻值为2 Ω的电阻与R1串联
7.一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/R
C．P＝IU D．P＝
8.一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?电动机的机械功率是多少?

9．一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[来源:Z&xx&k.Com]
120 kg
额定电流
3.5 A
质量为M＝70 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k＝0.02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)

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