知識講解電功和電熱、焦耳定律、電阻定律提高

1、電功和電熱、焦耳定律、電阻定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1理解電功、電功率以及焦耳熱的計(jì)算公式，能夠熟練地運(yùn)用其進(jìn)行計(jì)算；明確不同的電路中能的轉(zhuǎn)化情況，能夠區(qū)分電功和焦耳熱的不同、電功率和熱功率的不同。 2在非純電阻電路中能的轉(zhuǎn)化，電功和電熱的區(qū)別以及一些功率的意義（如電源的總功率，發(fā)熱功率，額定功率，實(shí)際功率等）。 3明確導(dǎo)體電阻的決定因素，能夠從實(shí)驗(yàn)和理論的兩個方面理解電阻定律，能夠熟練地運(yùn)用電阻定律進(jìn)行計(jì)算。【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、 電功1電功的計(jì)算及單位（1）定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流、通電時間三者的乘積。（2）公式：.（3）單位：在國際單位制中功的單位是焦耳，符

2、號為，常用的單位還有：千瓦時（），也稱“度”，. 2電功計(jì)算公式所適用的電路（1）電功適用于任何電路。（2）在純電阻電路中，由于，所以. 3電功實(shí)質(zhì)及意義如圖一段電路兩端的電壓為，通過的電流為，在時間內(nèi)通過這段電路任一橫截面的電荷量，則電場力做功即： （1）實(shí)質(zhì)：電流通過一段電路所做的功，實(shí)質(zhì)是電場力在這段電路中所做的功。（2）意義：電流做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能的過程，電流做了多少功，表明就有多少電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，即電功是電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能的量度。要點(diǎn)二、 電功率 1電功率定義、公式及單位（1）定義：單位時間內(nèi)電流所做的功，等于這段電路兩端的電壓與通過這段導(dǎo)體的電流的乘積。

3、（2）公式：.（3）單位是瓦特，符號為（國際單位制），常用的還有千瓦（），. 2電功率計(jì)算公式所適用的電路（1）電功率適用于任何電路。（2）在純電阻電路中，. 3電功率的意義（1）意義：電功率表示電流做功的快慢。（2）用電器的額定功率和實(shí)際功率額定功率：用電器長期正常工作時的最大功率，也就是用電器加上額定電壓（或通以額定電流）時消耗的電功率。實(shí)際功率：用電器的實(shí)際工作時消耗的電功率。要點(diǎn)詮釋：為了使用電器不被燒毀，要求實(shí)際功率不能大于其額定功率。 要點(diǎn)三、 焦耳定律 1焦耳定律：(1)1841年，英國物理學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量（稱為焦耳熱）與電流 的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時間成正比，

4、這個規(guī)律叫焦耳定律。 .焦耳定律是一個實(shí)驗(yàn)定律。它的適用范圍很廣，純電阻電路、非純電阻電路在計(jì)算電熱時都用到它。(2)熱功率：單位時間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱功率叫做熱功率熱功率等于通電導(dǎo)體中電流的二次方與導(dǎo)體電阻的乘積 .(3)電功率與熱功率 對純電阻電路，電功率等于熱功率 即： .此時，可得 ,所以純電阻電路也可以說是歐姆定律成立的電路對非純電阻電路，電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除熱能外其他形式的功率之和即： .此時，可得 ,所以，對非純電阻電路歐姆定律不成立.2電熱（1）電熱：由于導(dǎo)體的電阻，使電流通過導(dǎo)體時消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分能量叫電熱。（2）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量等于電流的平方、

5、導(dǎo)體的電阻和通電時間的乘積。（3）公式：.（4）適用對象凡是要計(jì)算電熱，都應(yīng)首選，可求任何電路中電流通過電阻時所產(chǎn)生的熱量。 3熱功率的意義及計(jì)算（1）熱功率：單位時間內(nèi)發(fā)熱的功率叫作熱功率。熱功率即電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率， 即.（2）熱功率計(jì)算當(dāng)電路不是純電阻電路時，電功用來計(jì)算，電熱只能用進(jìn)行計(jì)算，電功率用計(jì)算，熱功率只能用計(jì)算。要點(diǎn)四、 電動機(jī)工作過程的能量轉(zhuǎn)化 1電流做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電解槽把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；電熱器把電能轉(zhuǎn)化為熱能在真空中，電場力對電荷做正功時，減少的電勢能轉(zhuǎn)化為電荷的動能；在金屬導(dǎo)體中，在電場力作用下做加速運(yùn)動的自由電

6、子頻繁地與離子碰撞，把定向移動的動能傳給離子，使離子熱運(yùn)動加劇，將電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2.電動機(jī)的總功率（輸入功率）：總.3. 電動機(jī)的熱功率.4. 電動機(jī)的輸出功率（機(jī)械功率）：.5. 電動機(jī)的效率：.要點(diǎn)詮釋：注意區(qū)分電動機(jī)的幾種功率，從能量守恒角度去分析和考慮電動機(jī)問題。要點(diǎn)五、電路中熱功率的計(jì)算及注意事項(xiàng)1注意區(qū)別“負(fù)載”與電阻“負(fù)載”或“負(fù)荷”是對用電器功率特征的一種習(xí)慣稱謂，通常說“負(fù)載”或“負(fù)荷”大，是指用電器的功率大，并不是用電器的“電阻大”，一般情況下，“負(fù)載”大的用電器電阻反而小，如“”與“”的兩個燈泡，后者的功率大但電阻較小。2.注意區(qū)別純電阻電路與一般電路電路消耗的電能

7、全部轉(zhuǎn)化為電熱（內(nèi)能）的電路稱為純電阻電路，對純電阻電路有：.電路消耗的電能并不完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為其它形式的能（如機(jī)械能、化學(xué)能等），這種電路叫非純電阻電路，如電動機(jī)、電解槽的電路等。對非純電阻的電路有：，此時或，決不能亂套用公式。要點(diǎn)詮釋：對非純電阻電路計(jì)算電功率只能用，計(jì)算熱功率只能用.要點(diǎn)六、 電阻定義及意義1導(dǎo)體電阻的定義及單位導(dǎo)體對電流的阻礙作用叫做導(dǎo)體的電阻，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān)，與電壓、電流均無關(guān)。（1）定義：導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流大小之比叫導(dǎo)體的電阻。（2）公式：.（3）單位：歐姆（），常用單位還有千歐（）、兆歐（） 2物理意義反映導(dǎo)體對電流阻礙作

8、用的大小。要點(diǎn)詮釋：導(dǎo)體對電流的阻礙作用，是由于自由電荷在導(dǎo)體中做定向運(yùn)動時，跟導(dǎo)體中的金屬正離子或原子相碰撞發(fā)生的。電流流經(jīng)導(dǎo)體時，導(dǎo)體兩端出現(xiàn)電壓降，同時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。提供了測量電阻大小的方法，但導(dǎo)體對電流的這種阻礙作用是由導(dǎo)體本身性質(zhì)決定的，與所加的電壓，通過的電流均無關(guān)系，決不能錯誤地認(rèn)為“導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與電流成反比?！睂?，因與成正比，所以.要點(diǎn)七、 電阻定律 1電阻定律的內(nèi)容及適用對象（1）內(nèi)容：同種材料制成的導(dǎo)體，其電阻與它的長度成正比，與它的橫截面積成反比；導(dǎo)體電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。（2）公式：.要點(diǎn)詮釋：式中是沿電流方向?qū)w的長度，是垂直電流方向的橫截

9、面積，是材料的電阻率。（3）適用條件：溫度一定，粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解質(zhì)溶液。要點(diǎn)詮釋：電阻定律是通過大量實(shí)驗(yàn)得出的規(guī)律，是電阻的決定式。導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，由導(dǎo)體本身的因素決定。 2電阻率的意義及特性（1）物理意義：電阻率是一個反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量，是導(dǎo)體材料本身的屬性，與導(dǎo)體的形狀、大小無關(guān)。（2）大?。?要點(diǎn)詮釋：各種材料的電阻率在數(shù)值上等于用該材料制成的長度為，橫截面積為的導(dǎo)體的電阻。（3）單位是歐姆米，符號為.（4）電阻率與溫度的關(guān)系：各種材料的電阻率都隨溫度的變化而變化。金屬的電阻率隨溫度升高而增大，可用于制造電阻溫度計(jì)。有些合金如錳銅、鎳銅的電阻率

10、幾乎不受溫度變化的影響，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。各種金屬中，銀的電阻率最小，其次是銅、鋁，合金的電阻率大于組成它的任何一種純金屬的電阻率?！镜湫屠}】類型一、純電阻電路功率分配與計(jì)算例1.電熱毯、電飯鍋等是人們常用的電熱式家用電器，它們一般具有加熱和保溫功能，其工作原理大致相同如圖所示為某種電熱式電器的簡化電路圖，主要元件有電阻絲、和自動開關(guān) （1）當(dāng)自動開關(guān)閉合和斷開時，用電器分別處于什么工作狀態(tài)？（2）用電器由照明電路供電，設(shè)加熱時用電器的電功率為，保溫時用電器的電功率為，則和分別為多大？【答案】（1）閉合時為加熱狀態(tài)，斷開時為保溫狀態(tài).（2）,.【解析】（1）由于是純電阻電路，當(dāng)開關(guān)閉合時，

11、被短路，電路中只有，此時電器消耗的電功率為，斷開時，故閉合時為加熱狀態(tài)，斷開時為保溫狀態(tài).（2）閉合時，由得.斷開時，和串聯(lián)，由得 .【總結(jié)升華】在純電阻電路中，均適用，可以根據(jù)電路的連接情況靈活選擇公式此題的難點(diǎn)是知道開關(guān)斷開與閉合時電路的連接情況舉一反三：【變式1】有兩個標(biāo)有“”和“”字樣的燈泡，要把它們接在的電源上，燈泡即能正常發(fā)光，又能省電的連接方式應(yīng)是圖中的哪個？ 【答案】D【高清課堂：電功和電熱、焦耳定律、電阻定律 例2】【變式2】把“”的燈和“”的燈串聯(lián)起來接到的電路中，導(dǎo)線的電阻不計(jì)，則兩燈（ ）A電阻之比 B電壓之比為C功率之比為 D電熱之比為【答案】ACD類型二、識別純電阻

12、與非純電阻電路例2.一臺電風(fēng)扇的額定功率是,內(nèi)阻為，當(dāng)它接在的電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，求： （1）電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，通過它的電流多大？每秒有多少電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能？ （2）若接上電源后，電風(fēng)扇因故不能轉(zhuǎn)動，這時通過它的電流多大？電風(fēng)扇實(shí)際消耗的電功率多大？此時可能會發(fā)生什么問題？【答案】（1）；，(2)；電風(fēng)扇將被燒壞.【解析】（1）電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗的功率為額定功率,所以 由能量守恒定律得 ,.所以 . (2)電風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律得：,所以 . 實(shí)際消耗電功率 .由于電風(fēng)扇實(shí)際消耗的功率遠(yuǎn)大于其額定功率，且電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電風(fēng)扇將被燒壞.【總結(jié)升華】(1)正確識別純電阻電路域非

13、純電阻電路。巧用能的轉(zhuǎn)化與守恒定律是分析求解該類題目的關(guān)鍵.（2）不要認(rèn)為有電機(jī)的電路一定是非純電阻電路，當(dāng)電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，應(yīng)視為純電阻電路，歐姆定律仍適用.舉一反三：【變式1】一直流電動機(jī)線圈的內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動，在線圈兩端加電壓為時，電流為。松開轉(zhuǎn)軸，在線圈兩端加電壓為時，電流為，電動機(jī)正常工作。求該電動機(jī)正常工作時，輸入的電功率是多少？電動機(jī)的機(jī)械功率是多少？ 【答案】 【解析】本題考查的是電動機(jī)的功率問題，關(guān)鍵是分清電功和電熱的關(guān)系。電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動機(jī)線圈內(nèi)阻： . 電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械

14、，其輸入的電功率為：.電動機(jī)的機(jī)械功率：.【總結(jié)升華】（1）此題是非純電阻電路，但電動機(jī)不轉(zhuǎn)時，可視為純電阻，這是本題的重要條件；電動機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能必須用來求?！靖咔逭n堂：電功和電熱、焦耳定律、電阻定律 例4】【變式2】例4、有一個直流電動機(jī)，把它接入電壓的電路時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得流過電動機(jī)的電流是，若把電動機(jī)接入電壓的電路中，電動機(jī)正常工作，工作電流是求：（1）電動機(jī)正常工作時的輸出功率多大?（2）如果在電動機(jī)正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動機(jī)的發(fā)熱功率是多大?【答案】(1) (2)【解析】（1）電動機(jī)在接入的電路時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得電流是，可知此時電功就等于電熱，根據(jù)歐姆定律，可求得線圈內(nèi)阻

15、當(dāng)接入電壓時，電流為，電動機(jī)正常工作，可知此時輸入功率為線圈的發(fā)熱功率為，即電功大于電熱，以機(jī)械能形式輸出（2）如果在正常工作時電動機(jī)被卡住，則電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱，這時，類型三、根據(jù)銘牌和熱功率進(jìn)行計(jì)算例3一臺國產(chǎn)封閉型貯水式電熱水器的銘牌上所列的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示根據(jù)表中所提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算出此電熱水器在額定電壓下處于加熱狀態(tài)時，通過電熱水器的電流約為( )A. B C D【答案】A【解析】 由可知，該電熱水器在額定電壓下處于加熱狀態(tài)時的電流為：，故選項(xiàng)A正確舉一反三：【變式】下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計(jì)其自身機(jī)械損耗若該車在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛

16、，則() A.電動機(jī)的輸入功率為B電動機(jī)的內(nèi)電阻為C該車獲得的牽引力為D該車受到的阻力為【答案】AD.【解析】，故A正確，故B錯，故C錯，D正確類型四、 電阻定律例4兩根完全相同的金屬裸導(dǎo)線，如果把其中一根均勻的拉長到原來的兩倍，把另一根導(dǎo)線對折后絞合起來，則它們的電阻之比為多少？ 【答案】【解析】金屬線原來的電阻為拉長后：，因?yàn)轶w積不變，所以.，對折后，所以，則【總結(jié)升華】決定導(dǎo)體電阻大小的三因素是：導(dǎo)體的材料、長度和橫截面積，無論哪一個發(fā)生變化，導(dǎo)體的電阻都要發(fā)生改變，對本題對折前后和拉長前后導(dǎo)體的總體積均未發(fā)生變化。舉一反三：【變式1】直徑的細(xì)鉛絲通以的電流被熔斷，直徑的粗鉛絲通過的電流

17、被熔斷，如果由長度相同的根細(xì)鉛絲和一根粗鉛絲并聯(lián)為電路中的保險絲，則通過（ ）電流時，電路斷開。A B C D 【答案】B【解析】由，即，由并聯(lián)知識可求出 ，并注意到若兩端加電壓，則超過了粗鉛絲的熔斷電流，所以并聯(lián)鉛絲兩端只能加電壓，可求出總電流值為.【總結(jié)升華】（1）了解熔斷電流即為最大電流；（2）本題要結(jié)合運(yùn)用串并聯(lián)電路知識和電阻定律來求解?！靖咔逭n堂：電功和電熱、焦耳定律、電阻定律 例6】【變式2】如圖所示，均勻的長方形薄片合金電阻板，邊為，邊為，當(dāng)端點(diǎn)或接入電路時，是（ ） A B C D【答案】D【高清課堂：電功和電熱、焦耳定律、電阻定律 例9】【變式3】如圖所示，是一個表面均勻鍍有

18、很薄電熱膜的長陶瓷管，其長度為，直徑為，鍍膜材料的電阻率為，膜的厚度為管兩端有導(dǎo)電金屬箍、現(xiàn)把它接入電路中，測得、兩端電壓為，通過它的電流為則金屬膜的電阻率的值為：（ ） A B C D 【答案】C類型五、由伏安曲線進(jìn)行分析計(jì)算例5如圖所示為通過某小燈泡的電流與其兩端的電壓關(guān)系圖線，試分析計(jì)算出其電壓為時小燈泡的電阻，并說明電阻的變化規(guī)律。 【答案】 電阻越來越大【解析】本題考查的是對圖象的理解，當(dāng)電壓為時，電流為，所以有：.當(dāng)電壓為時，電流為，所以.由分析可知：電阻越來越大。 【總結(jié)升華】隨著電壓的升高，曲線的斜率越來越小，電阻越來越大，因此其電阻不是一個固定的值，其電阻隨溫度的升高逐漸變大

19、。舉一反三：【變式1】如圖所示，圖甲為一個電燈兩端電壓與通過它的電流的變化關(guān)系曲線由圖可知，兩者不成線性關(guān)系，這是由于焦耳熱使燈絲的溫度發(fā)生了變化的緣故，參考這條曲線回答下列問題(不計(jì)電流表內(nèi)阻，線路提供電壓不變)：(1)若把三個這樣的電燈串聯(lián)后，接到電壓恒定為的電路上，求流過燈泡的電流和每個燈泡的電阻；(2)如圖乙所示，將兩個這樣的電燈并聯(lián)后再與的定值電阻串聯(lián)，接在電壓恒定為的電路上，求通過電流表的電流值以及每個燈的實(shí)際功率【答案】(1)；，(2)；.【解析】(1)由于三個電燈完全相同，所以每個電燈兩端的電壓為：，結(jié)合圖象可得當(dāng)時，.故每個電燈的電阻為：. (2)設(shè)此時電燈兩端的電壓為，流過

20、每個電燈的電流為，由串聯(lián)電路的規(guī)律得.代入數(shù)據(jù)得.在圖甲上畫出此直線如圖所示可得到該直線與曲線的交點(diǎn)()，即流過電燈的電流為，則流過電流表的電流為.每個燈的功率為：.例6兩盞額定電壓為的白熾燈和的特性曲線如圖所示，的額定功率約為_；現(xiàn)將和串聯(lián)后接在的電源上，電源的內(nèi)阻忽略不計(jì)此時的實(shí)際功率約為_【答案】 【解析】 本題考查的是曲線及額定功率和實(shí)際功率，關(guān)鍵是根據(jù)曲線找出額定電流和實(shí)際電流從伏安特性曲線可知，當(dāng)達(dá)到額定電壓時，通過的電流為，所以額定功率如果把與串聯(lián)接在的電源上，且，即，從圖象上可知，燈的實(shí)際功率 【總結(jié)升華】（1）本題中，燈泡的電阻在不同的電壓下阻值是不同的，所以不能用固定的電阻

21、值來計(jì)算，這是易錯點(diǎn)，也是難點(diǎn)（2）此類題目要注意從圖象中獲取信息，怎樣將這些信息與所求量的公式聯(lián)系起來，靈活求解，這需要具有較高的讀圖識圖能力。類型六、正確理解電阻定律和歐姆定律例7下列說法正確的是()A由知，一段導(dǎo)體的電阻跟它兩端的電壓成正比，跟通過它的電流成反比B比值反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，即電阻C導(dǎo)體中電流越大，導(dǎo)體電阻越小D由知，通過一段導(dǎo)體的電流跟加在它兩端的電壓成正比【答案】BD【解析】 導(dǎo)體的電阻決于導(dǎo)體自身，與、無關(guān)，故A、C錯誤；比值反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用，是電阻的定義式，選項(xiàng)B正確；由歐姆定律可知，D項(xiàng)正確 舉一反三：【變式】在如圖所示的電路中，為電源電動勢，為電源內(nèi)阻，和均為定值電阻，為滑動變阻器。當(dāng)?shù)幕瑒佑|點(diǎn)在端時合上開關(guān)，此時三個電表、和的示數(shù)分別為、和，現(xiàn)將的滑動觸點(diǎn)向端移動，則三個電表示數(shù)的變化情況是（ ） A. 增大，不變，增大 B. 減小，增大，減小C. 減小，不變，減小 D. 增大，減小，增大【答案】B【解析】電路結(jié)構(gòu)：、并聯(lián)后再與R3串聯(lián)，測通過的電流，測通過的電流，測