第17单元：电功和电功率焦耳定律教案.doc

第17单元：电功和电功率 焦耳定律

【教学结构】
一、电功
电功、电功率、电热是本章书的重要概念，也是学生学习的难点，教学过程中必须给以足够的重视。
1.复习电场力做功：W=Uq，U为电场中两点间电势差，在电路中即为导体两端电压，q为电量，电路中为流过导体截面电量。
2.电功：电流做的功简称电功。导体两端加上电压，导体内建立电场，在电场力作用下自由电子定向移动，形成电流，电场力做功，又说成电流做功。
W=UIt，电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端电压、电路中的电流强度和通电时间成正比。
3.电流做功，把电能转化为其它形式的能
(1)电流通过纯电阻（电灯，电炉子等）电路做功，把电能转化为内能。
(2)电流通过电解液做功，把电能转化为化学能。
(3)电流通过电动机做功，把电能一部分转化为内能，一部分转化为机械能。
二、电功率
1.定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫电功率，用p表示电功率则 ，p的单位：瓦特W，U：伏特V I：安培A。
2.物理意义：电功率表示电流做功的快慢，亦为单位时间电流做的功。灯越亮电功率越大。
3.额定电压：用电器安全正常工作的最大电压。日常照明灯泡额定电均为220V，机床上用的灯泡额定电压为36V。
额定功率：用电器安全正常工作的最大功率。照明灯泡上标有220V 60W，60W即为额定电功率。额定电功率是根据用电器自身结构而决定的。
4.注意区别额定功率和实际功率。
实验：把“220V 30W”和“220V 100W”的灯泡并联在220V电路上和串联后接入220V电路上，观察灯泡发光情况，并接在220V电路上时，两个灯的电压都是额定电压，电功率均为额定功率，100W的灯比30W的灯亮很多，串联后接在220V电路上，观察到的现象是两个灯都不如并联时亮，且30W灯比100W灯亮，由此可知：①两个灯的电功率都不是额定功率，都小于额定功率，应称为实际消耗功率，②额定功率大的灯实际消耗功率不一定大，应由灯两端实际电压和流过灯的实际电流决定。
三、焦耳定律
1.定义：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比
即：Q=I2Rt
单位：Q：焦耳J I：安培A R：欧姆Ω t秒s
2.纯电阻电路 电路中只含有纯电阻元件，电动W=UIt=Q
∵U=IR∴Q=I2Rt=，注意：此关系只适用纯电阻电路。
电流通过纯电阻电路做功，把电能转化为内能，而产生热量，电功又称为电热。
3.含有电动机的电路，不是纯电阻电路。电功W=UIt
电流通过电动机做功，把电能一部分转化为内能，绝大部分转化为机械能。
电动机线圈有电阻R，电流通过而产生热，Q=I2Rt不等于UIt，而只是UIt的一部分。原因是对于非纯电阻U≠IR且U>IR。
转化为机械能部分：UIt－I2Rt=转化的机械能 即电动机输出的机械能。
实际需要更多的是：发热功率：I2R 转化为机械能功率UI－I2R，目前是我们计算电动输出机械功率的唯一方法。
4.含有电解液的电路：电流做功把电能转化为化学能
电流做功可把电能转化为内能、机械能、化学能等，只有把电能转化为内能的电功叫电热，转化其它形式能均不能称为电热。

【课余思考】
1.写出在纯电阻电路中计算电功、电功率的公式。写出发热功率公式。
2.焦耳定律计算的Q，就是电功对吗？为什么？
3.电动机输出的机械功、机械功率如何计算？

【解题点要】
例一.一条电阻丝加上电压U后，经t s后放出热量为Q，若得电阻丝截成等长的三段并且关联在一起，再加上电压U，需经多长时间放出热量仍为Q？
解：电阻丝是纯电阻，计算热量三个公式都适用，结合题目给定的条件，电压不变，使用，Q=，计算方便。
∴

设电阻丝电阻为R，Q=，截成等三段，每段电阻为R，并联后电阻为，则Q=。
例二.用6600V和用220V两种电压输电，若输送功率相同，输电线的长短，粗细和电阻率都相同，用低压输电与用高压输电，在输电线上损失的功率之比是（ ）
A 1：900 B 900：1 C 1：30 D 30：1
解：输电线是纯电阻，在输电线上损失的功率是发热功率，P损=I2R
输送电流强度由输送功率和输送电压决定，设输送功率为P，高压输电时电流为 I高=P／6600，低压输电时电流为I低=P／220，由于输送电线长短，粗细和电阻率都相同，它们输电阻相同，都为R，则
应选B
解答本题时必须注意输送电流I，输送电压U应是输电线上电压与用电器上电压之和，故此输送电流的正确计算成为解答此种类型题的关键之一。

例三.A、B、C三个电阻的U—I图象如图1所示，若三个电阻加相同电压，则 的功率最大，若三个电阻通过相同的电流强度，则 的功率最大。
解：第一空的解答：对于纯电阻，，可在电压一定的情况下，电功率跟电阻成反比，电阻最小的电功率最大，而电阻的确定要依据图象决定，斜率最小的图象所表示的电阻越小，所以RA>RB>RC，电阻C的电功率最大。
第二个空的解答：P=I2R，三个电阻通过电流相等，电功率与电阻成正比，电阻大，功率大，电阻A的电功率最大。
例四.一台直流电动机的额定电压为U，额定功率是P，电动机内电枢导线的电阻为R，那么它正常工作时的电流强度是（ ）
A、等于U／R B、等于P／U C、大于U／R D、大于P／U
解：含电动机电路不是纯电阻电路，U>IR，所以A，C选项不正确，电动机的额定功率P是电动机的输出的机械功率，而电路给电动机的输入功率P′=IU，所以I=，选项B不正确。因为P′－P热=P，且I=，所以选项D是正确的。
在含电动机的电路中，电路给电动机输入功率P′，电动机输出机械功率P，电动机的发热功率P热是三个关键，概念，必须搞清楚，P′=IU，P热=I2R，它们之间的关系是P=P′－I2R。
例五.一台电阻为2Ω的电动机，接在110V电路中工作时，通过电动机的电流强度为10A，求这台电动机消耗的电功率，发热功率，转化成机械功率，电动机的效率。
解：电动机消耗电功率即电路输入给电动机的功率 P′=IU=10×110=1100W。
发热功率：P热=I2R=102×2=200W
转化成机械功率：P=P′－P热=1100－200=900W
机械效率：η=

【同步练习】
1.一台电动机输出功率是10KW，这表明这台电动机正常工作时（ ）
A.每秒钟消耗电能10KW
B.每秒钟对外做功10KW
C.每秒钟对外做功10J
D.每秒钟对外做功1000J
2.额定电压为U，额定功率为P的电灯，接在电压为U′（U′过风轮的风的部分动能转化为电能，设风能的利用率为η，空气的密度为p，则风力发电机的功率为（ ）
A.pSυ 3η／2 B.pSυ2η／2 C.pSυ3／2η D.pSυ2η／4
4.一只“220V 100W”电灯，220V、100W分别表示电压和电功率的 值，它的电阻为 Ω，正常工作时的电流强度为 A，若电阻不变接入110V的电路中，则实际电流为 A，实际功率为 W，一般只要该灯泡未损坏，它的额定电压，电流，功率是 （填会或不会）改变。

5.如图2所示为用直流电动机提升重物的装置，重物m=50kg，电源电压为U=110V不变，不计各种摩擦，当电动机以υ=0.9m／s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I=5A，试求电动机电枢线圈电阻R。

【参考答案】
1.D 2.C 3.A 4.额定 484 0.45 0.227 25 不会 5.4.4Ω