焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化

1、16 6 焦耳定律焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化電路中的能量轉(zhuǎn)化21.1.理解電功和電功率、焦耳定律的概念及公式，理解電功和電功率、焦耳定律的概念及公式，能進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算能進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算. .2.2.能結(jié)合實(shí)際問(wèn)題區(qū)分電功和電熱，進(jìn)一步體會(huì)能結(jié)合實(shí)際問(wèn)題區(qū)分電功和電熱，進(jìn)一步體會(huì)能量守恒的意義和普適性能量守恒的意義和普適性. . （重點(diǎn)）（重點(diǎn)）3.3.理解電源的功率和效率理解電源的功率和效率. . （重點(diǎn)）（重點(diǎn)）31 1導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷做功嗎？電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷做功嗎？做功，而且做正功做功，而且做正功2

2、2電場(chǎng)力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化，電能轉(zhuǎn)化為其電場(chǎng)力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，舉出一些大家熟悉的例子他形式的能，舉出一些大家熟悉的例子. .電能電能內(nèi)能和機(jī)械能，內(nèi)能和機(jī)械能， 如電動(dòng)機(jī)如電動(dòng)機(jī). .電能電能內(nèi)能，內(nèi)能， 如電熱器如電熱器. .電能電能內(nèi)能和化學(xué)能，內(nèi)能和化學(xué)能， 如電解槽如電解槽. .43.3.單位：焦單位：焦(J)(J)1 1度度=1kWh=1kWh3.63.610106 6J J一、電功一、電功W=IUt2.2.公式公式: :1.1.定義：電場(chǎng)力定義：電場(chǎng)力( (或電流或電流) )所做的功所做的功. .（普適）（普適）則電場(chǎng)力做功則電場(chǎng)力做功W=qU即：即

3、：W=UIt. . 如圖一段電路兩端的電壓為如圖一段電路兩端的電壓為U U，通過(guò)的電流為通過(guò)的電流為I I，在時(shí)間，在時(shí)間t t內(nèi)通過(guò)這內(nèi)通過(guò)這段電路任一橫截面的電荷量段電路任一橫截面的電荷量q=It. .51.1.定義：電流所做的功與做這些功所需時(shí)間的比定義：電流所做的功與做這些功所需時(shí)間的比值叫做電功率值叫做電功率. .二、電功率（描述電流做功快慢）二、電功率（描述電流做功快慢）P=W/t=IU P=W/t=IU 3.3.單位：瓦特，簡(jiǎn)稱瓦單位：瓦特，簡(jiǎn)稱瓦. .符號(hào)：符號(hào)：W.W.千瓦：千瓦：kWkW 1kW=1000W 1kW=1000W2.2.公式：公式：6 在真空中，電場(chǎng)力對(duì)電荷做

4、正功時(shí)，減少的電在真空中，電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功時(shí)，減少的電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電荷的動(dòng)能；勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電荷的動(dòng)能；在金屬導(dǎo)體中在金屬導(dǎo)體中，在電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力作用下做加速運(yùn)動(dòng)的自由電子頻繁地與離子碰撞，作用下做加速運(yùn)動(dòng)的自由電子頻繁地與離子碰撞，把定向移動(dòng)的動(dòng)能傳給離子，使離子熱運(yùn)動(dòng)加劇，把定向移動(dòng)的動(dòng)能傳給離子，使離子熱運(yùn)動(dòng)加劇，從而將從而將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。三、焦耳定律、熱功率三、焦耳定律、熱功率Q=IQ=I2 2RtRt1、焦耳定律：、焦耳定律：2、熱功率：、熱功率： P P熱熱=Q/t=I=Q/t=I2 2R R（普適）（普適）7R1.1.純電阻電路純電阻電路電能電能 內(nèi)能內(nèi)能

5、電功電功= =電熱電熱 W=IUt =Q= IW=IUt =Q= I2 2RtRt電功率電功率= =熱功率熱功率 P=IU =PP=IU =P熱熱=I=I2 2R R四、區(qū)別電功四、區(qū)別電功W和電熱和電熱Q,電功率電功率P和熱功率和熱功率P熱熱U=IR（適于純電阻）（適于純電阻）82.2.非純電阻電路非純電阻電路M電能電能 內(nèi)能內(nèi)能+ +其他形式的能其他形式的能W WQ=IQ=I2 2RtRtW W其他其他UIR電功電功= =電熱電熱+ +其他能其他能 W=IUt= Q+WW=IUt= Q+W其他其他=I=I2 2Rt+WRt+W其他其他電功率電功率= =熱功率熱功率+ +其他功率其他功率 P

6、=IU=PP=IU=P熱熱+P+P其他其他=I=I2 2R+ PR+ P其他其他9例例1 1加在某臺(tái)電動(dòng)機(jī)上的電壓是加在某臺(tái)電動(dòng)機(jī)上的電壓是U U，電動(dòng)機(jī)消耗的電，電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為功率為P P，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為r r，則電動(dòng)機(jī)線圈上消，則電動(dòng)機(jī)線圈上消耗的熱功率為（耗的熱功率為（ ），），電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為（ ）C C分析：分析：在非純電阻電路中計(jì)算電功率只能用在非純電阻電路中計(jì)算電功率只能用P=UIP=UI，熱，熱功率只能用功率只能用P P熱熱=I=I2 2R R所以正確的是所以正確的是 C,C,又因?yàn)橛忠驗(yàn)镻 P出出=P- P=P- P熱熱所以選所以選D D。

7、.22222UP rP rA P B. C. D.PrUU-D D10 對(duì)閉合電路，根據(jù)閉合電路歐姆定律知，對(duì)閉合電路，根據(jù)閉合電路歐姆定律知，E=U+IrE=U+Ir , ,等式兩邊同乘以等式兩邊同乘以I,I,得得IE=IU+IIE=IU+I2 2r r 電源把其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿目偣β孰娫窗哑渌问降哪苻D(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿目偣β蔍EIE等于等于電源輸出功率電源輸出功率IUIU與電源內(nèi)電路的熱功率與電源內(nèi)電路的熱功率I I2 2r r之和之和. .E rRK四、閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化四、閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化 可見(jiàn)，閉合電路歐姆定律實(shí)質(zhì)上是能量守恒定律可見(jiàn)，閉合電路歐姆定律實(shí)質(zhì)上是能量守恒定律在閉合

8、電路中的具體的體現(xiàn)在閉合電路中的具體的體現(xiàn). .拓展：電源的功率和效率拓展：電源的功率和效率E rRKI1.1.電源的有關(guān)功率電源的有關(guān)功率(1)電源的總功率：(2)電源內(nèi)阻消耗的功率：P內(nèi)=I2 rP總 (適于外電路為純電阻電路)P總=I E（普適）(3)電源的輸出功率：P出=I U外（普適）P出 (適于外電路為純電阻電路)2222()UEI RRRRr=+外2.2.三個(gè)功率的關(guān)系：三個(gè)功率的關(guān)系： P總= P內(nèi)+P出E rRKI3.3.電源的輸出功率隨外電阻的變化規(guī)律電源的輸出功率隨外電阻的變化規(guī)律當(dāng)外電路為純電阻電路時(shí)討論：當(dāng)R=r時(shí)，電源有最大的輸出功率：(2) P出隨外電阻R的變化關(guān)

9、系：(1)電源的輸出功率：P出222()EI RRRr=+22()4E RRrRr=-+22()4ERrrR=-+P出 max24Er=Rr時(shí)，R增大，P出減小4.4.電源的效率電源的效率總1()()1PUIRRrPEI RrRrRh=+出外可見(jiàn)，隨外電阻可見(jiàn)，隨外電阻R R越大越大，電源的，電源的效率越高效率越高。注意：當(dāng)注意：當(dāng)R=rR=r時(shí)，輸出功率最大，效率卻只有時(shí)，輸出功率最大，效率卻只有50%50%。思考：電源思考：電源P P出出越大，電源的效率一定越高嗎？越大，電源的效率一定越高嗎？錯(cuò)錯(cuò)例例4 4、如圖，、如圖，E E =6V=6V，r r=4=4，R R1 1=2=2，R R2

10、 2的變化范圍是的變化范圍是0 01010。求：。求： 電源的最大輸出功率；電源的最大輸出功率； R R1 1上消耗的最大功率；上消耗的最大功率； R R2 2上消耗的最大功率。上消耗的最大功率。 E rR2R1答案：答案： 2.25W2.25W； 2W2W； 1.5W1.5W。Uo IEU1 b I1 交點(diǎn)坐標(biāo)交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接表示該電阻接入電路時(shí)電路的入電路時(shí)電路的總電流總電流和和路端電壓（外電壓）路端電壓（外電壓）； a a為電源的為電源的U-IU-I圖象圖象拓展：用拓展：用U-IU-I圖像表示功率圖像表示功率a M（I1,U1）b b為外電阻為外電阻R R的的U-IU-I圖象圖象矩形

11、的矩形的面積面積表示表示功率功率. . U內(nèi)內(nèi)U外外R消耗的功率，即電源的輸出功率消耗的功率，即電源的輸出功率電源的內(nèi)功率電源的內(nèi)功率I0 例例5 5、如圖所示，線段、如圖所示，線段A A為某電源為某電源U-IU-I圖線，線段圖線，線段B B為為某電阻某電阻R R的的U-IU-I圖線，上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，圖線，上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，求求(1)(1)電源的輸出功率電源的輸出功率P P出出出多大出多大?(2)?(2)電源內(nèi)部損耗的電源內(nèi)部損耗的電功率電功率P P內(nèi)內(nèi)是多少是多少?(3)?(3)電源的效率多大電源的效率多大? ?答案：答案：4W 4W ；2W 2W ；66.7%66

12、.7%17一、電功一、電功W W 定義：電場(chǎng)力定義：電場(chǎng)力( (或電流或電流) )所做的功所做的功 公式：公式：W=IUt W=IUt 單位：?jiǎn)挝唬篔 1kWh=3.6J 1kWh=3.610106 6J J二、電功率二、電功率P P定義：定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功公式：公式：P=W/t=IUP=W/t=IU 單位：?jiǎn)挝唬篧 kWW kW 18三、電熱三、電熱Q Q定義定義: : 電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量 公式：公式：Q=IQ=I2 2Rt Rt 單位：?jiǎn)挝唬篔 J 焦耳定律：焦耳定律：電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量跟電流電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量跟電流I

13、I的二次方的二次方成正比成正比. .跟導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體的電阻R R和通電時(shí)間和通電時(shí)間t t成正比成正比四、熱功率四、熱功率P P熱熱定義：定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量公式：公式：P P熱熱= =I= =I2 2R R 單位：?jiǎn)挝唬篧 kWW kWQt19對(duì)純電阻電路對(duì)純電阻電路: 電功電功= =電熱電熱 電功率電功率= =熱功率熱功率對(duì)非純電阻電路對(duì)非純電阻電路: 電功電功 電熱電熱 電功率電功率 熱功率熱功率例如含電動(dòng)機(jī)、電解槽的電路中，電能要分別轉(zhuǎn)化為機(jī)例如含電動(dòng)機(jī)、電解槽的電路中，電能要分別轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和化學(xué)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為電阻的內(nèi)能械能和化學(xué)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為電阻

14、的內(nèi)能.201.1.一個(gè)電熱器電阻為一個(gè)電熱器電阻為R R，當(dāng)它兩端電壓為，當(dāng)它兩端電壓為U U時(shí)，經(jīng)過(guò)時(shí)，經(jīng)過(guò)時(shí)間時(shí)間t t消耗的電能為消耗的電能為W W，若使它消耗的電能為，若使它消耗的電能為4W4W，下，下列方法正確的是（列方法正確的是（ ）A. A. 電阻電阻R R不變，電壓不變，電壓U U不變，通電時(shí)間不變，通電時(shí)間t t變?yōu)樵瓉?lái)的變?yōu)樵瓉?lái)的2 2倍倍B. B. 電阻電阻R R減半，電壓減半，電壓U U增大增大1 1倍，通電時(shí)間倍，通電時(shí)間t t不變不變C. C. 電阻電阻R R不變，電壓不變，電壓U U增大增大1 1倍，通電時(shí)間倍，通電時(shí)間t t不變不變D. D. 電阻電阻R R減

15、半，電壓減半，電壓U U不變，通電時(shí)間不變，通電時(shí)間t t不變不變C C212.2.小紅家的電表允許通過(guò)的最大電流是小紅家的電表允許通過(guò)的最大電流是10A10A，她家有，她家有4 4個(gè)標(biāo)有個(gè)標(biāo)有“220V 60W”220V 60W”的燈泡，的燈泡，1 1個(gè)標(biāo)有個(gè)標(biāo)有“220V 1000W”220V 1000W”的熱水器，的熱水器， 1 1臺(tái)制冷時(shí)耗電臺(tái)制冷時(shí)耗電140W140W的電冰箱和一臺(tái)耗電的電冰箱和一臺(tái)耗電80W80W的電視機(jī)，則下列說(shuō)法正確的是（的電視機(jī)，則下列說(shuō)法正確的是（ ）A. A. 所有用電器可以同時(shí)使用所有用電器可以同時(shí)使用B. B. 除熱水器外其他用電器可以同時(shí)使用除熱水器

16、外其他用電器可以同時(shí)使用C. C. 關(guān)閉電視機(jī)后其他用電器可以同時(shí)使用關(guān)閉電視機(jī)后其他用電器可以同時(shí)使用D. D. 電冰箱制冷時(shí)，其他用電器不能同時(shí)使用電冰箱制冷時(shí)，其他用電器不能同時(shí)使用A A223.3.一只電爐的電阻絲的電阻和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻一只電爐的電阻絲的電阻和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻相同，都為相同，都為r.r.設(shè)通過(guò)它們的電流相同（電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)設(shè)通過(guò)它們的電流相同（電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)），則在相同的時(shí)間內(nèi)（轉(zhuǎn)），則在相同的時(shí)間內(nèi)（ ) )A A電爐和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱相等電爐和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱相等B B電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐消耗的功率電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐消耗的功率C C電爐兩端電壓小于

17、電動(dòng)機(jī)兩端電壓電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D D電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等ABCABC234.4.有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2V0.2V電壓的電路電壓的電路時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是0.4A0.4A，若把它接入若把它接入2V2V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是工作電流是1A.1A.求：求：（1 1）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率. .（2 2）如在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電）如在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱

18、功率多大？（提示：電動(dòng)機(jī)在電路中動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率多大？（提示：電動(dòng)機(jī)在電路中轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為純電阻用電器）轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為純電阻用電器）24解解: :(1)(1) 電動(dòng)機(jī)加電動(dòng)機(jī)加0.2V0.2V電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，可看成是純電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，可看成是純電阻用電器，根據(jù)部分電路歐姆定律得電阻用電器，根據(jù)部分電路歐姆定律得I=I=得電動(dòng)機(jī)電阻得電動(dòng)機(jī)電阻 R= = =0.5R= = =0.5接入接入2V2V的電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，電流為的電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，電流為1A 1A 此時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出功率此時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出功率P P出出=P=P電電-P-P熱熱=IU-I=IU-I2 2R=R=（1 12-2-1