第五節(jié)焦耳定律

1、汪領(lǐng)峰專用汪領(lǐng)峰專用一、電功和電功率1.電功：電場力所做的功或電流做的功電場力所做的功或電流做的功公式：公式：W W ，其國際單位是，其國際單位是 (J)(J) IUt焦耳焦耳適于任何電路適于任何電路IUtIUtqUqU則W則W qUqUW W , ,t tq qI I電流做功的實質(zhì)電流做功的實質(zhì) 在有電流通過的電路中，電場力所做的功常常說成是電流做在有電流通過的電路中，電場力所做的功常常說成是電流做的功，簡稱電功在導(dǎo)體兩端加上電壓時，導(dǎo)體內(nèi)就建立了的功，簡稱電功在導(dǎo)體兩端加上電壓時，導(dǎo)體內(nèi)就建立了電場，電場力在推動自由電子定向移動中要做功由于功是電場，電場力在推動自由電子定向移動中要做功由于

2、功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以，電場力做了多少功，實質(zhì)上是電荷能量轉(zhuǎn)化的量度，所以，電場力做了多少功，實質(zhì)上是電荷減少了多少電勢能，減少了的電勢能減少了多少電勢能，減少了的電勢能( (即電能即電能) )轉(zhuǎn)化成其他形轉(zhuǎn)化成其他形式的能電流做功有快慢，引入電功率式的能電流做功有快慢，引入電功率t tR RU UR Rt tI II IU Ut tq qU U則則W WR RU U對對純純電電阻阻電電路路：I I2 22 22 2、電功率：電場力（或稱電流）做功的快慢。、電功率：電場力（或稱電流）做功的快慢。（1 1）定義式：）定義式：P=W/t=UI P=W/t=UI 適于任何電路適于任何電路（2 2）

3、單位：瓦特（）單位：瓦特（W W）。）。P P額額是個定值，是個定值，P P實實是個變值。是個變值。 P P額額P P實。實。二、焦耳定律二、焦耳定律1 1定義：電流定義：電流I I通過一段電阻為通過一段電阻為R R的電路在時間的電路在時間t t內(nèi)產(chǎn)生的熱內(nèi)產(chǎn)生的熱Q Q 就是焦耳定律就是焦耳定律2 2熱功率：熱功率： 稱為熱功率，稱為熱功率，P P . . 適于任何電路適于任何電路以上兩式是計算電熱和電熱功率的公式，以上兩式是計算電熱和電熱功率的公式，適于任何電路適于任何電路I2Rt單位時間內(nèi)的發(fā)熱量單位時間內(nèi)的發(fā)熱量I2R三三. .純電阻電路與非純電阻電路的區(qū)別純電阻電路與非純電阻電路的區(qū)

4、別在純電阻電路里，電功在純電阻電路里，電功電熱，電功率電熱，電功率 . .熱功率熱功率在非純電阻電路里，電功在非純電阻電路里，電功 電熱，電功率電熱，電功率 熱功率熱功率等于等于等于等于大于大于大于大于R RU UIR即IIR即IU UE ERtRtI IIUtIUtE EQ QE E其他其他2 2其他其他能能小結(jié)：小結(jié)：電功率和熱功率電功率和熱功率 (1)(1)對純電阻元件，電功率和熱功率相等故電阻上的功率對純電阻元件，電功率和熱功率相等故電阻上的功率可用可用P PUIUI計算，也可以用計算，也可以用P PI I2 2R R計算，還可以根據(jù)歐姆定計算，還可以根據(jù)歐姆定律推出律推出 (2)(2

5、)對非純電阻電路，電功率大于熱功率，電阻上的電功率對非純電阻電路，電功率大于熱功率，電阻上的電功率只能用只能用P PIUIU計算，而熱功率只能用計算，而熱功率只能用P PI I2 2R R計算計算三、有關(guān)電動機的三個功率三、有關(guān)電動機的三個功率1 1電動機的特性電動機的特性 電動機是一種非純電阻用電器，它把電能轉(zhuǎn)化為機械能電動機是一種非純電阻用電器，它把電能轉(zhuǎn)化為機械能和熱能在電路計算中，歐姆定律不再適用和熱能在電路計算中，歐姆定律不再適用2 2輸入功率輸入功率：電動機的總功率：電動機的總功率由電動機電路的電流和電壓決定，計算：由電動機電路的電流和電壓決定，計算：P P總總UI.UI.3 3輸

6、出功率輸出功率：電動機做有用功的功率如圖所示，：電動機做有用功的功率如圖所示，P P出出mgv(mgv(設(shè)重物勻速上升設(shè)重物勻速上升) )4 4熱功率熱功率：電動機線圈上有電阻，電流通過線圈時要發(fā)熱，：電動機線圈上有電阻，電流通過線圈時要發(fā)熱，熱功率熱功率P P熱熱I I2 2r.r.5 5功率關(guān)系功率關(guān)系：P P總總P P出出P P熱熱6 6電動機的效率：電動機的效率：解決電動機問題注意分兩種情況：解決電動機問題注意分兩種情況：1 1當(dāng)電動機正常工作時，要分別搞清電動機的總功率、輸當(dāng)電動機正常工作時，要分別搞清電動機的總功率、輸出功率和熱功率出功率和熱功率2 2當(dāng)電動機因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動

7、時，相當(dāng)于一個純電當(dāng)電動機因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于一個純電阻電路阻電路 特別提醒特別提醒入入出出出出熱熱入入熱熱入入出出2 2出出熱熱入入入入總總P PP P電動機的一個效率電動機的一個效率 P PP P功率關(guān)系：P功率關(guān)系：P相當(dāng)于純電阻電路相當(dāng)于純電阻電路 P P- -P PP P動）動）（2）卡機（通電不轉(zhuǎn)（2）卡機（通電不轉(zhuǎn) R RI IP PP PP P（1）正常工作P（1）正常工作P IUIUP PP P電動機的兩種情況電動機的兩種情況 電動機三功率電動機三功率熱熱1.下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是()A電功率越

8、大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定 越多越多BWUIt適用于任何電路，而適用于任何電路，而WI2Rt t只適用于純電只適用于純電阻的電路阻的電路C在不是純電阻的電路中，在不是純電阻的電路中，UII2RD焦耳熱焦耳熱QI2Rt適用于任何電路適用于任何電路類型一類型一關(guān)于公式的適用范圍關(guān)于公式的適用范圍【思維總結(jié)】【思維總結(jié)】(1)W(1)WUItUIt計算電功即消耗的電能，對所有計算電功即消耗的電能，對所有電器都適用；電器都適用；Q QI I2 2RtRt計算電熱，即轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能，對所計算電熱，即轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能，對所有電器都適用有電器都適用(2

9、)(2)對純電阻電路，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱即對純電阻電路，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱即Q QW W，可用任一個公式計算可用任一個公式計算BCDBCD耳熱不一定多。耳熱不一定多。電功率越大，產(chǎn)生的焦電功率越大，產(chǎn)生的焦Rt,Rt,U UP PRtRtI I電熱Q電熱Q2 22 2P Pt tt tP P，Q QP P有有：P P只只有有在在純純電電阻阻電電路路中中才才熱熱熱熱 在在電源電壓不變電源電壓不變的前提下，增加電爐的的前提下，增加電爐的電熱絲電熱絲在相等的在相等的時間內(nèi)的發(fā)熱量，可采取的措施是時間內(nèi)的發(fā)熱量，可采取的措施是( ( ) )A A增大電熱絲的電阻增大電熱絲的電阻 B B減小

10、電熱絲的電阻減小電熱絲的電阻C C在電熱絲上并聯(lián)電阻在電熱絲上并聯(lián)電阻 D D在電熱絲上串聯(lián)電阻在電熱絲上串聯(lián)電阻類型二類型二焦耳定律的應(yīng)用焦耳定律的應(yīng)用B B練習(xí)練習(xí):一只一只電爐的電阻絲電爐的電阻絲和一臺電動機線圈電阻相同，都為和一臺電動機線圈電阻相同，都為R.設(shè)通過它們的設(shè)通過它們的電流相同電流相同(電動機正常運轉(zhuǎn)電動機正常運轉(zhuǎn))，則在，則在相同的時間相同的時間內(nèi)內(nèi)()A電爐和電動機產(chǎn)生的電熱相等電爐和電動機產(chǎn)生的電熱相等B電動機消耗的功率大于電爐消耗的功率電動機消耗的功率大于電爐消耗的功率C電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓D電爐和電動機兩端電壓相等電爐和電動

11、機兩端電壓相等 解析：解析：選選ABC.已知已知R、I相同，則由公式相同，則由公式QI2Rt可知，電爐可知，電爐和電動機產(chǎn)生的電熱相等，和電動機產(chǎn)生的電熱相等，A正確；電動機正常運轉(zhuǎn)時，除正確；電動機正常運轉(zhuǎn)時，除去熱功率外，一部分電功率轉(zhuǎn)化為機械功率，因此對本題去熱功率外，一部分電功率轉(zhuǎn)化為機械功率，因此對本題來說，來說，B、C正確，正確，D錯誤錯誤對電動機：對電動機：P機機=IU=I2R+P其他其他。對電爐：對電爐：P=I2R, 電熱電熱Q=I2RtABCABC 在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器路當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變

12、阻器R R，使電動機停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電使電動機停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為壓表的示數(shù)分別為0.5A0.5A和和1.0V1.0V；重新調(diào)節(jié)；重新調(diào)節(jié)R R，使電動機恢復(fù)使電動機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為正常運轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A15.0V2.0A15.0V求求這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機的線圈電阻這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機的線圈電阻類型三類型三非純電阻電路中電功與電熱的計算非純電阻電路中電功與電熱的計算2 20.50.51 1I IU U線圈電阻r線圈電阻r動，相當(dāng)于純電阻電路動，相當(dāng)于純電阻電路解：1.電動機停止轉(zhuǎn)解：1.

13、電動機停止轉(zhuǎn)1 11 12 22 2. .0 0W WP P熱熱P P輸輸出出功功率率P P出出8 8. .0 0W Wr rI IP P 熱熱功功率率3 30 0W W1 15 5W W2 2U UI I輸輸入入功功率率P P為為非非純純電電阻阻電電路路2 2. .電電動動機機正正常常轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動，2 22 2熱熱2 22 2【思路點撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點：【思路點撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點：(1)(1)電動機不轉(zhuǎn)時相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律求線圈電阻電動機不轉(zhuǎn)時相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律求線圈電阻(2)(2)根據(jù)能量守恒求電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率根據(jù)能量守恒求電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率練習(xí)練

14、習(xí). .如圖所示，電路電壓為如圖所示，電路電壓為60V60V，內(nèi)阻不計，電阻，內(nèi)阻不計，電阻R R22，電，電動機的內(nèi)阻動機的內(nèi)阻R R0 01.61.6，電壓表的示數(shù)為，電壓表的示數(shù)為50V50V，電動機正常工，電動機正常工作，求電動機的輸出功率作，求電動機的輸出功率2 21 10 0W WP P- -P PP P 4 40 0W WR RI IP P 2 25 50 0W W5 50 0W W5 5I IU U電電動動機機：P P5 5A AA A2 25 50 06 60 0R RU UU UR RU UI I電電路路中中電電流流I I解解：電電動動機機和和R R串串聯(lián)聯(lián)熱熱總總出出0

15、02 2熱熱M M總總M MR RR RR R0 0分析：分析： 1.P=IU 1.P=IU 2. 2.求出通過電動機的電流求出通過電動機的電流I I 1 1一臺直流電動機的電樞線圈的電阻是一臺直流電動機的電樞線圈的電阻是R R，其額定電壓是，其額定電壓是U U，額定功率是額定功率是P P，那么它正常工作時的電流，那么它正常工作時的電流( ( ) )A A等于等于P/UP/U，且大于，且大于U/R BU/R B等于等于P/UP/U，且小于，且小于U/RU/RC C等于等于P/UP/U，也等于，也等于U/R DU/R D不等于不等于P/UP/U，但等于，但等于U/RU/R課堂練習(xí)課堂練習(xí)B BR

16、 RU UI IR R即即I IU UE ER Rt tI II IU Ut tE EQ QE EI IU U分分析析：P P其其他他2 2其其他他能能2 2不考慮溫度對電阻的影響，對一個不考慮溫度對電阻的影響，對一個“220 V,40 W”220 V,40 W”的燈泡，的燈泡，下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )A A接在接在110 V110 V的電路上時，功率為的電路上時，功率為20 W20 WB B接在接在110 V110 V的電路上時，功率為的電路上時，功率為10 W10 WC C接在接在440 V440 V的電路上時，功率為的電路上時，功率為160 W160 WD D接在接

17、在220 V220 V的電路上時，功率為的電路上時，功率為40 W40 WBDBDD D. .1 10 0W W C C. .1 15 5W W B B. .2 20 0W W A A. .3 30 0W W ） 允允許許消消耗耗的的最最大大功功率率（均均為為1 10 0W W，此此電電路路中中的的最最大大功功率率的的阻阻值值相相等等，允允許許消消耗耗、R R、R R3 3. .如如圖圖，電電阻阻R R3 32 21 1R2R3R11 15 5w wP PP PP P電電路路消消耗耗的的最最大大功功率率P P2 2. .5 5w wR RI I P P有有P P、R R對對R R2 2. .5

18、 5w wR RI IR R) )( (2 2I I1 10 0R RI I有有P P對對R R. .2 2I II I，則則I II II II IR R, ,R RR R2 2. .設(shè)設(shè)R R消消耗耗功功率率能能達達到到最最大大只只有有R RR R和和連連接接方方式式可可知知，I I分分析析：1 1. .由由P P3 32 21 1m m2 20 03 32 23 32 22 20 02 20 02 21 11 11 10 01 10 03 32 23 32 21 11 12 2C CP=IP=I2 2R R1 12 22 21 11 12 22 21 12 21 12 21 12 21

19、13 3P PD D. .P P 3 3P PC C. .P P 3 3P PB B. .P P 3 3P PA A. .P P） 則則（、P P消消耗耗的的功功率率分分別別為為P P、R R此此時時R R使使燈燈泡泡正正常常發(fā)發(fā)光光。、R R，調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)R R燈燈泡泡連連成成甲甲乙乙兩兩種種形形式式4 4. .如如圖圖6 6個個相相同同的的小小R1X XX XX XU=12VU=12V甲甲X XX XX XR2U=12V乙乙2 22 22 21 12 21 11 11 12 21 10 02 20 01 12 21 10 02 20 01 10 00 03P3PU U3I3IU U3I3IU

20、UI IIU得：PIU得：P由P由PU U，即U，即U3U3U1212，U，UU U1212配原理：U配原理：U2.由串聯(lián)電路電壓分2.由串聯(lián)電路電壓分3I3I.即I.即II I，I，I3I3I，則I，則I、I、I定電壓、電流分別為U定電壓、電流分別為U分析：1.設(shè)燈泡的額分析：1.設(shè)燈泡的額甲乙電路消耗的功率關(guān)系如何？甲乙電路消耗的功率關(guān)系如何？P P甲甲=I=I1 1U=3IU=3I0 0U, PU, P乙乙=I=I0 0U U 則則P P甲甲=3P=3P乙乙A A提示：提示： I I、U U好比較好比較D D. .8 8V V, ,3 32 2J J C C. .4 4V V, ,3 3

21、2 2J J B B. .8 8V V, ,1 16 6J J A A. .4 4V V, ,1 16 6J J） 電電能能分分別別為為（絲絲上上所所加加電電壓壓和和消消耗耗的的4 4C C的的電電荷荷量量，該該電電阻阻間間內(nèi)內(nèi)通通過過能能8 8J J。若若在在相相同同的的時時2 2C C電電荷荷量量所所消消耗耗的的電電5 5. .一一根根電電阻阻絲絲，通通過過q qU Ut tR Rq qW W R Rt tI II IU Ut tq qU UW W, ,t tq qI I，對對電電阻阻絲絲：不不變變量量電電阻阻分分析析：2 22 28V8VU UU Uq qqU得：WqU得：W2.由W2.

22、由W32J32JW W4 416168 8W Wq qq qW WW Wt tR Rq q得：W得：Wt tq qI IRt,Rt,I I由W由W電阻為R，電阻為R，解析：1.設(shè)電阻絲的解析：1.設(shè)電阻絲的2 22 22 22 22 22 22 21 12 22 21 12 22 22 2所求量的表達式所求量的表達式思路：利用已知量列出思路：利用已知量列出1 15 5W WD D. .P P1 15 5W W C C. .P P 1 1. .5 5A AB B. .I I 1 1. .5 5A AA A. .I I） 及及電電路路消消耗耗的的功功率率P P（U U不不變變，電電流流表表的的示示

23、數(shù)數(shù)當(dāng)當(dāng)開開關(guān)關(guān)閉閉合合式式，若若電電壓壓電電流流表表示示數(shù)數(shù)0 0. .5 5A A；1 10 0，當(dāng)當(dāng)開開關(guān)關(guān)打打開開時時2 20 0，電電動動機機線線圈圈R R6 6. .如如圖圖，R R2 21 1MAUR1R R2 215W15WIUIU15W或P15W或PP PP P電路消耗的干路P電路消耗的干路P10W10W1 1U UI IP P , ,5W 5W U UI I3.p3.p1.5A1.5A1A1A0.5A0.5AI II I干路電流I干路電流I1A1AR RU UI IR RI IU U，即I，即IP P對電動機：P對電動機：P5A。5A。的電流不變，仍為0.的電流不變，仍為0

24、.兩端電壓不變，則通過兩端電壓不變，則通過2.當(dāng)開關(guān)閉合時，R2.當(dāng)開關(guān)閉合時，R10V10VR RI I，則U，則U分析：1.開關(guān)打開時分析：1.開關(guān)打開時2 21 12 22 21 11 12 21 12 22 22 22 22 22 2熱熱機機1 11 11 1BDBDXA AXB BAXBXADXB BXA ABXA AXB BC） 小小的的電電路路（且且電電路路中中消消耗耗的的功功率率最最使使兩兩燈燈均均能能正正常常發(fā)發(fā)光光，2 22 20 0V V的的電電路路，4 40 0W W的的燈燈泡泡，若若接接在在P P1 11 10 0W W, ,0 0V V，額額定定功功率率P P7 7

25、. .額額定定電電壓壓皆皆為為1 11 1B BA AA AB B0 0B B2 20 0B BB B0 0A A2 20 0A AA AR R3 30 02 2. .5 5，則則R RP PU U1 11 10 0，R RP PU U分分析析：R R對對A A：RRB BRRA A，由分壓原理由分壓原理B B燈兩端電壓超過燈兩端電壓超過110V110V，被燒壞，被燒壞對對B B：同理，由分壓原理同理，由分壓原理B B燈兩端電壓更超過燈兩端電壓更超過110V110V，被燒壞，被燒壞對對C C：BB的電阻大與的電阻大與B B并聯(lián)一個電阻，并聯(lián)電阻可能與并聯(lián)一個電阻，并聯(lián)電阻可能與A A電阻等電阻等