2020年高中物理(人教选修3-1)课时作业：第2章-第5节-焦耳定律.docx

第5节焦耳定律1电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功，电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量2电流做功的公式为WUIt，适用于任何电路电功率的公式为PUI，适用于任何电路3电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这一规律叫焦耳定律，表达式为QI2Rt，适用于任何电路焦耳定律是电流热效应的试验定律，凡计算电热都要用该规律电热功率是描述电流做功产生电热的快慢程度的物理量，公式为PI2R，适用于任何电路4只含有电阻的电路称为纯电阻电路，当有电流通过时，电能全部转化为内能，即电功等于电热，用公式表示为WQI2RtUIt.含有电动机等非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路，电路中的电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为机械能、化学能等，此时电功大于电热，电功表达式WUIt，电热表达式为QI2Rt.5两个绕线电阻分别标有“100 10 W”和“20 40 W”则它们允许通过的额定电流之比是()A./5 B./20C./10 D1/2 000答案C6两个电阻分别标有“1 A4 W”和“2 A1 W”，则它们的电阻之比为()A21 B161 C41 D116答案B7关于电功，下列说法中正确的有()A电功的实质是电场力所做的功B电功是电能转化为其他形式能量的量度C电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D电流通过电动机时的电功率和热功率相等答案AB【概念规律练】学问点一电功、电功率的计算1关于四个公式PUI；PI2R；P；P，下列叙述正确的是()A公式适用于任何电路的电功率的计算B公式适用于任何电路的电热功率的计算C公式适用于任何电路电功率的计算D以上均不正确答案AB解析PUI、P适用于任何电路的电功率的计算，而PI2R、P只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故A正确，C错误PI2R适用于任何电路的热功率的计算，PUI、P只适用于纯电阻电路的热功率的计算，故B正确2一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端的电压U变化的关系图象如图1(a)所示，将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源上，如图(b)所示，三个用电器消耗的电功率均为P.现将它们连接成如图(c)所示的电路，照旧接在该电源的两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2，它们之间的大小关系为()图1AP14P2 BPDP/9CP1P2答案C解析从电阻器D的IU图线可以得出，电阻器的阻值随所加电压的增大而减小，在题图(b)中，三个电阻消耗的功率相等，都为P，说明三个电阻的阻值相等，即R1R2RD.连接成图(c)所示的电路时，电阻器D两端的电压小于U，电阻器D的阻值RDRD，这时电阻器RD两端的电压UD，电阻R1两端的电压U1，由电功率计算式综合比较得出，A、B、D错误，C正确学问点二焦耳定律3下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热确定越多BWUIt适用于任何电路，而WI2Rtt只适用于纯电阻电路C在非纯电阻电路中，UII2RD焦耳热QI2Rt适用于任何电路答案BCD解析电功率公式P，表示功率越大，电流做功越快对于一段电路，有PIU，I，焦耳热Q()2Rt，可见Q与P、U、t都有关所以，P越大，Q不愿定越大，A不对WUIt是电功的定义式，适用于任何电路而I只适用于纯电阻电路，B对在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，即UII2R，C对QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D正确4. 如图2所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻RM0.6 ，R10 ，U160 V，电压表的读数为110 V则：图2(1)通过电动机的电流是多少？(2)输入到电动机的电功率是多少？(3)电动机工作1 h所产生的热量是多少？答案(1)5 A(2)550 W(3)5.4104 J解析(1)电动机是非纯电阻，不能用公式来求电路中的电流R两端的电压为URUUM160 V110 V50 V，I A5 A.(2)P入UMI1105 W550 W.(3)QI2RMt5.4104 J【方法技巧练】一、纯电阻电路中电功和电功率的计算方法5. 有四盏灯，接入如图3所示的电路中，L1和L2都标有“200 V100 W”字样，L3和L4都标有“220 V40 W”字样，把电路接通后，最暗的灯是哪一盏？最亮的灯是哪一盏？图3答案L3最喑，L4最亮解析由它们的额定电压、额定功率推断出R1R2R1R23并，由串联电路的功率支配可得P4P1(P2P3)，由并联电路的功率支配可得P2P3，所以L3最暗，L4最亮方法总结在比较两个灯泡的功率大小时，可先比较有相同量的两个灯泡，L1与L4电流相同，利用PI2R比较功率大小；L2与L4电压相同，利用P比较功率大小；L1与L2电阻相同，利用PI2R比较功率大小6额定电压都是110 V，额定功率PA100 W，PB40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个()答案C解析推断灯泡能否正常发光，就要推断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流由P和已知条件可知RARB.对于A电路，由于RA110 V，B灯被烧毁，两灯不能正常发光对于B电路，由于RBRA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UBU并，A灯若正常发光，则B灯烧毁对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，两灯可以正常发光对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110 V，两灯可以正常发光比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IAIB)110，而D电路中变阻器功率为(IAIB)110，所以C电路消耗电功率最小方法总结解此类问题的思路分两步：先分清哪个电路的A、B灯能正常发光，这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值，其余两个也达到额定值方面分析确定了正常发光的电路后，再比较哪一个的实际功率小，可以用计算的方法去比较，也可以用定性分析法比较二、纯电阻电路与非纯电阻电路中能量转化问题的分析7一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，在相同时间内()A电炉放热与电动机放热相等B电炉两端电压小于电动机两端电压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消耗的功率答案ABD解析电炉属于纯电阻用电器，电动机属于非纯电阻用电器对于电炉有：UIR，放热QI2Rt，消耗功率PI2R.对于电动机有：UIR，放热QI2Rt，消耗功率PUII2R.8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 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A则：(1)电动机正常工作时的输出功率为多大？(2)假如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？答案(1)1.5 W(2)8 W解析(1)接U0.2 V电压，电机不转，电能全部转化成内能，故可视为纯电阻电路电流I0.4 A，依据欧姆定律，线圈电阻R 0.5 .当接U2.0 V电压时，电流I1.0 A，故输入电功率P电UI2.01.0 W2.0 W，热功率P热I2R1 20.5 W0.5 W.故输出功率即机械功率P机P电P热(2.00.5) W1.5 W.(2)假如正常工作时，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.方法总结(1)电动机是非纯电阻用电器，要留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)留意搞清楚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1不考虑温度对电阻的影响，对一个“220 V40 W”的灯泡，下列说法正确的是()A接在110 V的电路中时的功率为20 WB接在110 V的电路中时的功率为10 WC接在440 V的电路中时的功率为160 WD接在220 V的电路中时的功率为40 W答案BD解析由P额得，灯泡的电阻R 1 210 ，当电压为110 V时，P W10 W；电压为440 V时，超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P0.2通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流为I/2时，则在时间t内产生的热量为()A4Q B2Q CQ/2 DQ/4答案C解析由电热公式QI2Rt可得Q(I)22RtI2RtQ.3关于电功和电热，下面说法正确的是()A任何电路中的电功WUIt，电热QI2Rt且WQB任何电路中的电功WUIt，电热QI2Rt但W有时不等于QC电功WUIt在任何电路中都适用，QI2Rt只在纯电阻电路中适用D电功WUIt，电热QI2Rt，只适用于纯电阻电路答案B4一台额定电压为U的电动机，它的电阻为R，正常工作时通过的电流为I，则()A电动机t秒内产生的热量是QUItB电动机t秒内产生的热量是QI2RtC电动机的功率为PI2RD电动机的功率为PU2/R答案B解析电动机工作时，是非纯电阻电路，输入的总电能为UIt，它转化为两部分：一是电动机内阻上产生的热能QI2Rt，二是电动机对外输出的机械能EUItI2Rt.5两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压UAUB，则下列说法正确的是()A两灯正常发光时，灯泡的电流强度IAIBB两灯电阻RARBC将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PAPBD将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PARB，由PUI可知额定电流IAPB；两灯并联后，由并联电路的功率支配关系可知P1/R，所以PAIUP I2(R1R2)A B C D答案B10. 如图6所示，电源电压恒为U14 V，小灯泡L标有“4 V8 W”，电动机的线圈电阻rM1.0 ，当变阻器调到2 时，小灯泡与电动机均正常工作，求电动机的机械效率图6答案66.7%解析小灯泡正常工作I2 A电动机的输入功率P入I(UU1IR)12 W线圈电阻消耗的功率P内I2rM4 W所以电动机的机械效率66.7%.11始终流电动机线圈内阻确定，用手握住转动轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V时，电流为0.3 A松开转动轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作则：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？答案1.6 W0.96 W解析电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r 1 .电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P入I1U10.82 W1.6 W，电动机的机械功率为P机P入Ir1.6 W0.821 W0.96 W.