高中物理第2章恒定电流2.5焦耳定律.pptx

导入新课,图中是一电炉。,你知道它在通电时，能量是怎样转化吗？,第1页,大家对图中东西应该不陌生吧，它们是生活中惯用电动机。,你知道它在通电时，能量是怎样转化吗？,第2页,以下是几个不一样型号蓄电池。,你知道它是怎样进行充电吗？,第3页,第二章 恒定电流,第五节 焦耳定律,第4页,从电能向其它形式能转化了解电功以及电功率，了解电功和能量转化关系。,知道焦耳定律物理意义，熟记其内容。,1.,知识与能力,从能量转化和守恒了解电功和电热区分，知道纯电阻电路与非纯电阻电路区分。,教学目标,第5页,依据电能向其它形式能转化关系了解并利用电功和电功率知识处理问题。,2.,过程与方法,3.,情感态度与价值观经过学习本节内容，关注焦耳定律在生活、生产中应用。,从焦耳定律物理意义了解题目内容，并将其应用到实际处理问题中来。,第6页,教学重难点,电功与电功率内容及区分；,焦耳定律内容及解题中应用；,焦耳定律在生活、生产中应用。,焦耳定律在生活、生产中应用。,重点：,难点：,第7页,知识导航,1.,电功和电功率,2.,焦耳定律,第8页,1.,电功和电功率,电炉通电时，电能转化为内能；电动机通电时，电能转化为机械能；蓄电池充电时，电能转化为化学能。,我们已经知道，功是能量转化量度，电能转化为其它形式能过程，电流做功多少等于电能转化为其它形式能数量。,所谓,电流做功，实质上是导体中恒定电场对自由电荷静电力在做功,。自由电荷在静电力作用下沿静电力方向做定向移动，结果电荷电势能减小，其它形式能增加。,第9页,电流经过一段电路时，自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对自由电荷做功。设一段电路两端电压为,U,，经过电流为,I,。在时间,t,内经过这段电路任一横截面电荷量为,q=It,（以下列图），这相当于在时间,t,内将电荷,q,由这段电路一端移动到另一端。,+,-,U,q,q,q,第10页,下面我们依据学过知识推导一下电功和电功率公式。,W=qU,q=It,W=UIt,第11页,电功定义：,在一段电路中电场力所做功，也就是通常说电流所做功，简称电功。,上式表示，,电流在一段电路上所做功等于这段电路两端电压,U,、电路中电流,I,和通电时间,t,三者成积,。,讲完电功让我们在了解 一下电热。,电热定义：,电流经过电阻时产生热量。,Q=I,2,Rt,第12页,注意,W=UIt,，,Q=I,2,Rt,分别是电功、电热定义式，适用任何电路中电功、电热计算，从能转化角度看，在纯电阻电路中，消耗电,能全部转化为内能。,能够经过不一样形式计算电功和电热，在非纯电阻电路中，消耗电能除转化为内能外，还转化为机械能或化学能等，所以有,WQ,此时,UIR,（欧姆定律不成立），所以电功和电热只能经过定义计算。,第13页,上式表示，,一段电路上电功率,P,等于这段电路两端电压,U,和电路中电流,I,乘积,。在以上两个公式中，电流、电压、时间单位分别是安培（,A,）、伏特（,V,）、秒（,s,），电功、电功率单位分别是焦耳（,J,）和瓦特（,W,）。,电功率定义：,单位时间内电流所做功叫做电功率。,第14页,学了电功率以后，我们稍微了解一下额定功率和实际功率。,额定功率：,是指用电器在正常工作条件下应加电压，在这个条件下它消耗功率就是额定功率率，流经它电流就是额定电流。,实际功率：,假如用电器在实际使用时，加在其上实际电压不等于额定电压，它消耗功率也不再是额定功率，这就是实际功率。,第15页,2.,焦耳定律,电流做功时，消耗是电能。终究电能会转化为那种形式能，要看电路中含有那种类型元件。,在得出焦耳定律定义之前，我们先介绍一下纯电阻电路和非纯电阻电路。,纯电阻电路定义：,只含白炽灯、电炉等电热元件电路。,非纯电阻电路定义：,除含有电阻外，还包含有电动机，电解槽等电路。,第16页,我们知道，电场力对电荷做功过程，是电能转化为其它形式能量过程。,在真空中，,正电荷由电势高某处移向电势低另一处时，电场力对电荷做正功，电荷做加速运动，降低电势能转化为电荷动能,。,在电阻元件中电能转化情况与真空中有所不一样。在金属导体中，除了自由电子，还有金属正离子。,在电场力作用下，做加速定向移动自由电子要频繁地与离子发生碰撞，并把定向移动动能传给离子，使离子热运动加剧,。平均来看，能够认为大量自由电子以某一不变速率做定向移动。可见，在电阻元件中，经过自由电子与离子碰撞，电能完全转化成内能。,第17页,电流经过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体内能。电流在这段电路中做功,W,就等于这段电路发出热量,Q,，即,Q=W=IUt,由欧姆定律,U=IR,第18页,Q=I,2,Rt,代入上式后可得热量,Q,表示式,由此我们得出焦耳定律定义,焦耳定律定义：,电流经过导体产生热量跟电流二次方成正比，跟导体电阻及通电时间成正比。,第19页,单位时间内发烧功率,P=Q/t,通常称为热功率。,热功率：,由公式,Q=I,2,Rt,可得热功率为,P=I,2,R,W=UIt,和,Q=I,2,Rt,，或者,P=UI,和,P=I,2,R,，意义是不相同。,P=UI,表示输入给一段电路全部电功率，或者说这段电路上消耗全部电功率。,第20页,P=I,2,R,是这段电路上因发烧而消耗功率。在电路中只有电阻元件时，二者是相等（如甲图）。当电路中有电动机、电解槽等用电器时，电能要分别转化成机械能、化学能等，只有一部分转化成内能，这是电功率大于热功率，二者并不相等。,R,Q=W,W,甲,第21页,比如一台电动机，额定电压是,220V,，线圈电阻是,0.4,，在额定电压下经过电流是,50A,，在额定电压下输入给电动机电功率,P=UI=11kW,，热功率,P=I,2,R=1kW,，大部分电能（功率为,10kW,）转化为机械能（如图乙）。,M,W-Q,W,Q,M,为电动机符号,乙,第22页,课堂小结,1.,电功和电功率,电功,在一段电路中电场力所做功，也就是通常说电流所做功，简称电功。,电流在一段电路上所做功等于这段电路两端电压,U,、电路中电流,I,和通电时间,t,三者成积,Q=I,2,Rt,第23页,电功率,单位时间内电流所做功叫做电功率。,一段电路上电功率,P,等于这段电路两端电压,U,和电路中电流,I,乘积,第24页,2.,焦耳定律,只含白炽灯、电炉等电热元件电路，叫做纯电阻电路。,除含有电阻外，还包含有电动机，电解槽等电路，叫做非纯电阻电路。,在真空中，正电荷由电势高某处移向电势低另一处时，电场力对电荷做正功，电荷做加速运动，降低电势能转化为电荷动能。,电流经过导体产生热量跟电流二次方成正比，跟导体电阻及通电时间成正比叫做焦耳定律。,第25页,课堂练习,1.,关于三条公式：（,1,）,P=IU,，（,2,）,P=I,2,R,，（,3,）,P=U,2,/R,，以下叙述正确是：（）,A.,公式（,1,）适合用于任何电路电热功率；,B.,公式（,2,）适合用于任何电路电热功率；,C.,公式（,1,）（,2,）（,3,）适合用于任何电路电功率；,D.,上述没有一个正确。,B,第26页,2.,关于公式适用条件，以下说法正确是：（）,（,1,）公式,P=IU,适合用于计算任何电路电功率；,（,2,）公式,PI,2,R,适合用于计算任何电路电功率；,（,3,）公式,P=I,2,R,适合用于计算任何电路热功率；,（,4,）公式,P=U,2,/R,适合用于计算任何电路热功率。,A.,仅有（,1,）,B.,仅有（,3,）,C.,仅有（,1,）（,3,）,D.,仅有（,2,）（,4,）,C,第27页,3.,用电器电功率等于额定电功率时，加在用电器两端电压,_,用电器额定电压（填“等于”、“不等于”），经过用电器电流,_,用电器额定电流。,等于,等于,4.,甲、乙两根粗细相同不一样导线，电阻率之比为,1,：,2,，长度之比为,4,：,1,，那么两根导线加相同电压时，其电功率之比是：,假如经过两根导线电流相同，则其电功率之比：,1,：,2,2,：,1,第28页,5.,不考虑温度对电阻影响，一个“,220V,，,40W”,灯泡，接在,110V,线路上功率为多少，接在,55V,线路上功率又为多少？,一题多解,解法一：由,P,额,=U,2,额,/R,，得：,R=U,2,额,/P,额,=220,2,/40=1210,（,）。,U,实,为,110V,时，,P,实,=U,实,2,/R=110,2,/1210=10,（,W,）；,U,实,为,55V,时，,P,实,=U,实,2,/R=55,2,/1210=2.5,（,W,）；,第29页,U,实,为,440,V,时，超出了额定电压,1,倍，故灯泡烧坏，,I=,0P,实,=,0.,解法二：由,P=U,2,/R,可知对,R,一定用电器,P,实,与,U,2,实,成正比，所以：,当,U,实,=,110,V=,1/2,U,额,时,P,实,=,（,1,/,2,）,2,P,额,=,1,/,4 40,=,10,（,W,）；,当,U,实,=,55,V=,1,/,4,U,额,时,P,实,=,（,1,/,4,）,2,P,额,=,1,/,16 40,=,2.5,（,W,）；,可见，方法二更为简捷。,第30页,6.,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,时，电流为,0.3A,。松开转轴，在线圈两端加电压为,2V,时，电流为,08A,，且电动机正常工作。求该电动机正常工作时，输入电功率是多少？电动机机械功率是多少？,分析与解答,（,1,）电动机不转动时，在电路中起作用只是电动机线圈电阻，可视为纯电阻电路，如甲图所表示，由欧姆定律得电动机线圈内阻,R=U/I=1,。,第31页,（,2,）电动机转动时，其等效电路图如乙图所表示（,M,为电动机符号）,P,入,=I,1,U,1,=,0.8 2,=,1.6,W,由能量守恒得：,P,入,=I,1,2,R+P,机,所以,P,机,=P,入,-I,2,R=,1.6,-,0.8,2,1,=,0.96,W,。,I,R,U,甲,I,R,U,1,乙,M,第32页,高考链接,1.,（,年重庆23,）三只灯泡,L,1,、,L,2,和,L,3,额定电压分别为,1.5V,、,1.5V,和,2.5V,，它们额定电流都为,0.3A,。若将它们连接成图甲、乙所表示电路，且灯泡正常发光，,（,1,）试求,图甲电路总电流和电阻,R,2,消耗电功率；,（,2,）分别计算两点路电源提供电功率，并说明哪个电路要节能。,第33页,S,L,1,L,2,L,3,R,2,R,1,甲,S,L,1,L,2,L,3,R,3,乙,第34页,答案：（,1,）,0.9A 0.045W,（,2,）,2.7W 1.8W,图乙电路比图甲电路节能。,解析：（,1,）由题意，在图甲电路中：,电路总电流,I,总,=I,L1,+IL2,+I,L3,=0.9A,U,路端,=E-I,总,r=2.55V,U,R2,=U,路端,-U,L3,=0.05V,I,R2,=I,总,=0.9A,电阻,R,2,消耗功率,P,R2,=I,R2,U,R2,=0.045W.,第35页,（,2,）图甲电源提供电功率,图乙电源提供电功率,因为灯泡都正常发光，两电路有用功率相等，而,所以图乙电路比图甲电路节能。,第36页,问题与练习,1.,答：设电阻,R,1,消耗电功率为,P,1,，电阻,R,2,消耗电功率为,P,2,，,（,1,）串联电路中各处电流相等，设电流为,I,，则电功率,P,1,=I,2,R,1,，,P,2,=I,2,R,2,，,P,1,P,2,:=I,2,R,1,:I,2,R,2,:,P,1,:P,2,:=R,1,:R,2,:,此式说明串联电路中各电阻消耗电功率与其电阻成正比。,第37页,（,2,）并联电路中各电阻两端电压相等，设电压为,U,，则有,P,1,=U,2,/R,1,，,P,2,=U,2,/R,2,，,P,1,:P,2,:=1/R,1,:1/R,2,:,得证。,（,3,）因为串联电路总电压等于各部分电压之和，即,U=U,1,+U,2,+,，所以串联电路消耗总功率,P=UI=I,（,U,1,+U,2,+,）,=P,1,+P,2,+,，得证。,（,4,）因为并联电路总电流等于各支路电流之和，即,I=I,1,+I,2,所以并联电路消耗总功率,P=UI=U,（,I,1,+I,2,+,）,=P,1,+P,2,+,得证。,第38页,说明：本题不但能够使学生知道串、并联电路中功率分配与电阻关系，而且因为证实工程是知识整合、综合利用过程，还能够培养学生思维严密性。要注意对学生解题规范要求，这里限于篇幅，没有给出（,3,）和（,4,）规范解题格式。,2.,答：,（,1,）接通,S,时，,R,1,被短路，,R,2,直接接在电源两端，电路消耗电功率为,P,1,=U,2,/R,2,。,当,S,断开时，,R,1,、,R,2,串联后接到电源上，电路消耗电功率为,P,2,=U,2,/,（,R,1,+R,2,）。,因为,P,1P,2,，所以接通,S,时，电饭锅处于加,第39页,3.,答：依据灯泡规格能够知道,R,a,=R,c,R,b,=R,d,。电路能够看成是由,a,、,bc,并联部分和,d,三部分串联而成。因为电流相同，且并联部分总电阻小于其中最小电阻，所以,P,a,P,d,P,b,+P,c,。对于,bc,并联部分，因为电压相等，,b,电阻小，所以,P,b,P,c,。所以,P,a,P,d,P,b,P,c,。,热状态，,S,断开时，电饭锅处于保温状态。,（,2,）加热时,P,R2,=U,2,/R,2,，保温时,，要使 ，必有 。,第40页,4.,答：,（,1,）当只有电炉,A,时，,所以,U,A,=IR,A,=200V,，,P,A,=I,2,R,A,=400W,。,（,2,）当在并联电炉,B,时，总电流,电炉上电压为,每个电炉消耗电功率为,说明：能够引导学生讨论为何在黄昏用电高峰时，电灯比较昏暗，而夜深人静用电量较小时，,第41页,接上页,电灯很亮。这么能够使学生关注生活和社会，理论联络实际，增强对实际问题进行理论分析意识。,5.,答：电热（消耗电能）为,水生温吸收热量为,效率为,第42页,