选修31第二章 第5节 焦耳定律.ppt

5 焦耳定律,1电流做功的多少等于_转化为其他形式能的数量；所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对_的_在做功，电荷的_减少，其他形式的能在增加；表达式为 W_.,2电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率，表达式,为 P_.,电能,自由电荷,静电力,电势能,IUt,IU,3焦耳定律,(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成,_，跟导体的电阻及通电时间成_,(2)表达式：Q_.,4热功率：单位时间内的发热量通常称为热功率，表达式,为 P_.,正比,正比,I2Rt,I2R,5(双选)关于电功，下列说法中正确的有(,),AC,A电功的实质是电场力所做的功B电功是电能转化为内能C电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程D电流通过电动机时的电功率和热功率相等,知识点 1 电功和电功率,水流可以做功，例如水流可以推动水轮机做功，电流也可以做功吗？给小电动机通电，电动机转起来，可以把砝码提起这个实验表明：电流是可以做功的这时，一方面电动机消耗电能，同时砝码的机械能增加所以，在电流通过电动机做功的过程中，电能转化为机械能大量实验结果证明：在通电时间相同的情况下，电压越大，电流越大，砝码被提升得越高，表示电流做的功越多如果保持电压和电流不变，通电时间越长，砝码被提升得越高，电流做的功就越多,电场力做的功叫做电功，电场力做功使电荷定向移动产生电流电流不仅通过电动机时做功，通过电灯、电炉等用电器时都要做功但在相同时间内，电流通过不同用电器所做的功，一般并不相同例如，在相同的时间内，电流通过电动机车的电动机所做的功，要显著地大于通过电扇的电动机所做的功为了表示电流做功的快慢，物理学中引入了电功率的概念,讨论：(1)电功定义：_对电荷做的功，叫做电功表达式：W_，这表示电流在一段电路 中所做的 功等于这 段电路两 端的_、电路中的_和_的乘积单位：在国际单位制中，电功的单位是_，符号是_常用单位是千瓦时(kWh)，也称为“度”.1度,3.6106 J.,焦耳,J,电场力,qU,电压 U,IUt,电流 I,通电时间 t,(2)电功率定义：_跟完成这些功_的比值叫做电功率表达式：P_.单位：在国际单位制中，电功率的单位是_，符号是_,物理意义：表示电流做功的_,快慢,电流所做的功,所用时间,Wt,IU,W,瓦特,1电功的理解,(1)从力的角度，电功的实质是电场力对电荷做功,(2)从能的角度，电功是电流通过一段电路时，电能转化为其他形式能(电场能、机械能、化学能或内能等)的量度电流做了多少功，表明有多少电能转化为其他形式的能2公式的适用范围：WqUIUt 适用于任何电路,4用电器的额定功率和实际功率,(1)额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率,【例1】(双选)图 251 中 R14，R29，R318，,通电后(,),图 251A经 R1 和 R3 的电流之比 I1I331BR1 两端的电压和 R3 两端的电压之比 U1U349C三个电阻消耗的电功率之比 P1P2P3212D三个电阻消耗的电功率之比 P1P2P3221,解析：根据欧姆定律及并联电路的电压关系，可知通过电阻 R2、R3 的电流 I2、I3 的关系为 I2I321，通过电阻R1 的电流 I1I2I33I3，所以 I1I331，U1U323，A 正确，B 错误；根据 PI2R，可得 P1P2P3221，C 错误，D 正确,答案：AD,【触类旁通】1三个同样的电阻连接成如图 252 所示的电路，它们,),的额定功率均为 10 W，这个电路允许消耗的最大功率是(图 252,A10 W,B15 W,C20 W,D30 W,B,知识点 2 焦耳定律,在纯电阻元件中电能完全转化成内能，如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等由纯电阻元件构成的电路叫做纯电阻电路在非纯电阻元件中，电流做功除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等由非纯电阻元件构成的电路叫做非纯电阻电路,讨论：,等于,IUt,大于,(1)在纯电阻电路中，电流所做的功_(填“大于”、“小于”或“等于”)产生的电热，电热 Q_；而在非纯电阻电路中，电流做功所消耗的电能除部分转化为内能外，还要转化为机械能、化学能等此时，电功 W_(填“大于”、“小于”或“等于”)电热 Q.,(2)设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为 R，通过的电流为 I，试计算在时间 t 内电流通过此电阻产生的热量 Q.,根据欧姆定律可得加在电阻两端的电压为 UIR在时间 t 内电流所做的功为 WIUtI2Rt,由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功 W 等于电热,Q，则 QI2Rt.,(2)热功率即为电能转化为内能的功率公式：,1焦耳定律,(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正,比，跟导体的电阻及通电时间成正比,(2)表达式：QI2Rt.,(3)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为,内能,2热功率,(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率,3纯电阻电路和非纯电阻电路,【例 2】一台电风扇，内阻为 20，接上 220 V 电压后，,消耗功率 66 W，求：,(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？,(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化,为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？,(3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？,题后反思：(1)在非纯电阻电路中，只能用 WUIt 和 PUI 计算电功和电功率；用 QI2Rt 及 P热I2R 计算电热和热功率,(2)对于含有电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻电,路，电动机不转时是纯电阻电路,【触类旁通】,2一电动机线圈的电阻为 1，线圈两端所加电压为 2 V,时，电流为 0.8 A，电动机正常工作,(1)在求电动机正常工作 1 min 所消耗的电能时，有以下两,种不同的解法：,解法一：WIUt0.8 A2 V60 s96 J解法二：WI2Rt(0.8 A)21 60 s38.4 J你认为哪种解法对，请作出判断并说明理由,(2)求电动机正常工作 1 min 所转化的机械能是多少？,解：(1)解法一对因为电动机工作时电能没有全部转化为内能，而大部分转化为机械能解法二求出的是电动机工作时产生的电热，只占所消耗电能的一部分,(2)电动机工作 1 min 消耗的电能为WIUt0.8 A2 V60 s96 J电动机工作 1 min 产生的电热为,QI2Rt(0.8 A)21 60 s38.4 J电动机工作 1 min 转化成的机械能为W机械WQ96 J38.4 J57.6 J.,电功和电热的区别与联系,1区别,(1)电功是从电场理论出发的概念，是电能减小的量度，所以不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，WIUt 总是成立的(2)电热是电路中的热现象(电流的热效应)，是电能转化的一部分，焦耳定律 QI2Rt 是专门计算电热的实验定律，用 QI2Rt 来计算电热，不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，都是适用的,2联系(1)在纯电阻电路中，电功与电热相等，即 WQIUtI2Rt,U2t.R,(2)在非纯电阻电路中，电流做功将电能除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，电功大于电热，即 WQE其他，这时电功只能用 WIUt 计算，电热只能用 QI2Rt 计算，两式不能通用,【例 3】一台电动机电阻为 0.5，正常工作时通过的电流为 20 A，在 10 s 内转化的机械能为 4.2104 J，求：在这 10 s内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？,W2.0103 J4.2104 J4.4104 J.,解：电动机产生的热量为 QI2Rt2.0103 J根据 WQE机，得,【触类旁通】,3一台直流电动机线圈电阻 r1，与一阻值 R10 的电阻串联，当电路两端加 U150 V 的电压时，电动机正常工作，且电压表示数为 100 V，求电动机消耗的功率及输出的机械功率,图 253,解：电阻 R 两端的电压为URUUM150 V100 V50 V,则电路中的电流 I,A5 A,电动机消耗的功率为PI UM5100 W500 W电动机线圈电阻 r 的发热功率为P热I2r25 W则电动机输出的机械功率为P机PP热500 W25 W475 W.,