选修31第3章第3节焦耳定律.ppt
,1、在静电学中，我们怎样计算电场力做功？,利用定义途径 W=Eqd 利用电势差求电功 WAB=qUAB,第三章 恒定电流,第3节 焦耳定律,2、导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗？,做功，而且由于电荷是在电场力作用下正电荷由高电势移向低电势，负电荷由低电势移向高电势，所以电场力在电源外面的电路中做正功。,3、探讨几个用电器的能量转化情况,a、电流流过电炉b、电流流过电解槽c、电流流过电风扇,电能转化为热能。,电能转化为化学能和热能,电能转化为机械能和热能,一、电功和电功率,1、电功,1）定义：电流（或电场力）所做的功。,实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。,上图，假设电荷从左端定向移动到右端所用时间为t.,在此过程中，电荷总量q=_；,静电力做的功W=_。,It,qU,W=UIt,物理意义：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流 I 和通电时间 t 三者的乘积,在国际单位制中电功的单位是焦耳，简称：焦，符号（J）。,(2)表达式：W=UIt,适用条件：I、U不随时间变化恒定电流。,电功的常用单位：,电功的常用单位有：千瓦时，俗称“度”，符号是kWh。1 kWh的物理意义是什么？,1 kWh表示功率为1 kW的用电器正常工作1 h所消耗的电能。,1kWh3.6106J,思考问题：以上的推导和结论与电路的性质（如：前面a、b、c三种电路）有没有关系？,结论：没有关系！,电流做功的实质:电场力推动电荷做功 电能转化为其它形式的能。,2电功率：单位时间内电流所做的功,（）一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积,（）电功率表示电流做功的快慢,（）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有千瓦（kW）,1kW103W,额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率,洗衣机铭牌,3、焦耳定律,电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能；电热器把电能转化为内能,在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把一部分能量传递给离子，使离子热运动加剧，将电能转化为内能,电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关呢？,焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积,4热功率：单位时间内导体产生的热量叫做热功率 热功率等于通电导体中电流I 的二次方与导体电阻R 的乘积,5纯电阻和非纯电阻,纯电阻电路:,电能 内能,QI2Rt,WUIt,=,I=U/R,M,非纯电阻电路:,电能 内能+其它形式的能,W,Q+E其他,UIt,I2Rt,IU/R,说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路！,指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!,指转化为内能的那部分电能!,纯电阻电路:,非纯电阻电路:,电能 内能,电能 内能+其它形式的能,QI2Rt,WUIt,=,I=U/R,电功=电热,：W=Q,=UIt,=I2Rt,=U2t/R,电功率=热功率：P=P热=UI=I2R=U2/R,M,W,Q+E其他,UIt,I2Rt,IU/R,电功：W=UIt,电热：Q=I2Rt,电功率：P=UI,热功率：P热=I2R,6.电功率与热功率（1）区别：电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积；热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积（2）联系：对纯电阻电路，电功率等于热功率；对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和,7.题型：电功和电功率及电热和热功率的计算,例3 有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路中，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2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A求电动机正常工作时的输出功率是多大？如果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】1.5 W8 W,小结：焦耳定律 QI2Rt,电功和电热：1）纯电阻电路中 WUItI2RtQ P电UI P热I2R U2R 2）非纯电阻电路中：WUIt 大于I2RtQ；P电UI 大于P热I2R P电P热P其它,3(2012全国)一台电风扇的额定电压为交流220 V在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图所示这段时间内电风扇的用电量为()A3.9102度 B5.5102度C7.8102度 D11.0102度,B,B,【解析】公式PUI适用于任何电路的电功率的计算，而非电热功率的计算，故A错误；焦耳定律公式PI2R适用于任何电路的电热功率的计算，故B正确；C、D错误,3某一用直流电动机提升重物的装置如图所示重物的质量m50 kg，电源电动势E110 V，不计电源电阻及各处摩擦，当电动机以v0.90 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I5 A，由此可知，电动机线圈的电阻R是多少？(g取10 m/s2),【解析】电源工作时将其他形式的能转化为电能输入电路，电流通过电动机将电能转化为机械能输出，由能量守恒定律可知EItI2Rtmgvt，解得电动机线圈的电阻R4.,*4一个T形电路如图所示，电路中的电阻R110，R2120，R340.另有一测试电源，电动势为100 V，内阻忽略不计则()A当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40 B当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40 C当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为80 VD当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为80 V,AC,5三个同样的电阻，额定功率均为10 W，把其中两个并联再与第三个串联接入电路，则此电路允许消耗的最大功率为()A10 W B15 W C20 W D30 W,B,【提升能力】,6近年来，因低温雨雪冰冻造成高压输电线因结冰而损毁严重为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰若在正常供电时，高压线路上输电电压为U，电流为I，热量损耗功率为P；除冰时(认为输电总功率和输电线电阻不变)，输电线上的热量损耗功率需变为25P，则除冰()A输电电流为5I B输电电流为25I C输电电压为25U D输电电压为5U,A,根据铭牌上提供的信息，下列说法正确的是()A四种电器都正常工作时电风扇中通过的电流最小B四种电器都正常工作时空调机消耗的电功率最大C在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电多D在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电少,ABD,【解析】四种用电器正常工作时，额定电压均可认为为220 V，而电风扇的功率最小，由PUI知，电风扇中电流最小，A对；由于空调电流最大，故空调消耗的电功率最大，B对；电风扇24小时连续运转消耗的电能为WPt6510324 kWh1.56 kWh，大于电冰箱消耗的电能0.8 kWh，所以C错，D对故答案为A、B、D.,*8如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V、12 W”字样，电动机线圈的电阻RM0.50.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是()A电动机的输入功率为12 WB电动机的输出功率为12 WC电动机的热功率为2.0 WD整个电路消耗的电功率为22 W,AC,10一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表：,质量为M70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力f恒为车和人总重的0.02倍若g取10 m/s2，那么在此人行驶的过程中，求：(结果保留两位有效数字),(1)此车电动机在额定电压下正常工作的效率有多高？(2)在电动机以额定功率提供动力的情况下，此人骑车行驶的最大速度为多大？(3)在电动机以额定功率提供动力的情况下，当车速为v11.0 m/s时，此人骑车的加速度为多大？(4)假设电动机正常工作时，损失的功率有80%是由于电机绕线电阻生热而产生的，则电动机的绕线电阻为多大？,例题：一台电风扇，内阻为20，接上220V电压后，消耗的功率是66W。求：（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流强度。（2）电风扇正常工作时电动机的热功率。（3）如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求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。,
