同步導(dǎo)學(xué)第2章電流第05節(jié)焦耳定律

1、同步導(dǎo)學(xué)第2章、第05節(jié) 焦耳定律【知能準(zhǔn)備】1電流做功的多少等于 轉(zhuǎn)化為其他形式能的數(shù)量；所謂電流做功，實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì) 的力在做功，電荷的減小，其他形式的能在增加；公式： w=，p=。2電流通過(guò)用電器時(shí)把 能全部轉(zhuǎn)化為 能，這樣的電路叫做純電阻電路。【同步導(dǎo)學(xué)】1. 電功和電功率（1）電功是電流通過(guò)一段電路時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能（電場(chǎng)能、機(jī)械能、化學(xué) 能或內(nèi)能等）的量度。（2）W= qU=Ult是電功的普適式，P= UI是電功率的普適式，適用于任何電路。2. 焦耳定律和熱功率（1）電熱則是電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度（2） Q = I2Rt是電熱的計(jì)算式，可以計(jì)算任何電

2、路中電流I通過(guò)電阻R時(shí)在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量（電熱）；P=I2R是熱功率的計(jì)算式，3. 電功和電熱（1）在純電阻電路中：電流通過(guò)用電器以發(fā)熱為目的，例如電爐、電熨斗、電飯鍋，U 2電烙鐵、白熾燈泡等。這時(shí)電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電功等于電熱，即W=UIt=I2Rt= U t .R同理 P=UI = I2R=u2（2 ）在非純電阻電路中：電流通過(guò)用電器是以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能以外的形式的能為目的，發(fā)熱不是目的，而是難以避免的內(nèi)能損失。例如電動(dòng)機(jī)、電解槽、給蓄電池充電、日光燈等.這時(shí)電路消耗的電能，即 W=UIt分為兩部分，一大部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能（例如電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）；另一小部分

3、不可避免地轉(zhuǎn)化為電熱Q=I2R t（電樞的電阻生熱）這里W=UIt不再等于Q=I2Rt，應(yīng)該是 W=E其他+ Q.（3）電功和電熱是兩個(gè)不同的物理量，只有在純電阻電路中，電功才等于電熱，W=Q=UIt =I 2R t=.t ；在非純電阻電路中，電功大于電熱，W>Q，這時(shí)電功只能用 W=UItR計(jì)算，電熱只能用 Q=I 2Rt計(jì)算，兩式不能通用。例1 一臺(tái)電風(fēng)扇，內(nèi)阻為 20 Q,接上220 V電壓后，消耗功率 66 W，問(wèn)：（1）電風(fēng)扇正常工作時(shí)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是多少？（2）電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少？轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少？電 動(dòng)機(jī)的效率是多少？（3）如果接上電源后，電風(fēng)

4、扇的風(fēng)葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流， 以及電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？解答 （1）因?yàn)镻 入=IUP 66所以 I=A=0.3 AU 220(2 )電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率2 2P 內(nèi)=1 R=0.3 X20W=1.8 W電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P 機(jī)=P 入-P 內(nèi)=66 W-1.8 W=64.2 W電風(fēng)扇正常工作時(shí)的效率64.2n=X100%=97.3%66(3) 電風(fēng)扇風(fēng)葉被卡住后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)可視為純電阻，通過(guò)電風(fēng)扇的電流U 2201=A=11AR 20電動(dòng)機(jī)消耗的電功率P=IU=11 >220 W=2420 W電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率2 2P 內(nèi)=1

5、R=11 X20 W=2420 W4. 串聯(lián)和并聯(lián)電路的功率分配(1)串聯(lián)電路：串聯(lián)電路的總功率電壓等于各部分電路的功率之和P1 p2+ pn串聯(lián)電路中各個(gè)電阻兩端的電功率跟它們的阻值成正比PpF2Pn. 2 _ _ IRRR2Rn2.并聯(lián)電路：I1I b |h . _艮匚.r11U" 并聯(lián)電路的總功率電壓等于各部分電路的功率之和P1 P2 F3+ Pn 并聯(lián)電路中通過(guò)各個(gè)電阻的電功率跟它的阻值成反比PR=RR +P2R2 +P3R3 + +巳& =U2例2 如圖，已知Ri=6 Q, R2=3 Q, R3=4 Q,則接入電路后這三只電阻的實(shí)際功率之比 為。解：本題解法很多，注

6、意靈活、巧妙。經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)三只電阻的電流關(guān)系最簡(jiǎn)單：電 流之比是Ii ：S ：3=1 ：2 ：3;還可以發(fā)現(xiàn)左面兩只電阻并聯(lián)后總阻值為2Q，因此電壓之比是Ui : U2 : U3=1 ： 1 ：2 ;在此基礎(chǔ)上利用 P=UI，得 P1 ： P2 ： P3=1 ：2 ： 6I|I&（例2）例3已知如圖，兩只燈泡L“ L2分別標(biāo)有“ 110V 60V”和“110V 100V”，另外有一只滑動(dòng)變阻器 R，將它們連接后接入 220V的電路中，要求兩燈泡都正常發(fā)光，并使整個(gè) 電路消耗的總功率最小，應(yīng)使用下面哪個(gè)電路（）（例3）解：A、C兩圖中燈泡不能正常發(fā)光。B、D中兩燈泡都能正常發(fā)光，電流、電

7、壓都相同，因此消耗的電功率一定相等。 可以直接看出：B圖總功率為200W, D圖總功率為320W， 所以選B。【同步檢測(cè)】1. 用電器兩端電壓 220V，這意味著（）A. 1A電流通過(guò)用電器時(shí)，消耗的電能為 220JB. 1C正電荷通過(guò)用電器時(shí)，產(chǎn)生220J的熱量C. 1A電流通過(guò)用電器時(shí)，電流的發(fā)熱功率為220WD. 1C正電荷從電勢(shì)高端移到電勢(shì)低端時(shí)，電場(chǎng)力做功220J2. 一燈泡標(biāo)有“ 220V 100W”字樣將其接到110V的電源上（不考慮燈泡電阻的變化），則有（）A. 燈泡的實(shí)際功率為 50WB. 燈泡的實(shí)際功率為 25W1C. 通過(guò)燈泡的電流為額定電流的一21D. 通過(guò)燈泡的電流為

8、額定電流的一43下圖電路中，電燈L2都標(biāo)有“220V 100V” ；電燈L“ L4都標(biāo)有“220V 40W .將A、B兩端接入電源，最暗的燈是（）A . L1 B. L2C. L3D. L4（第 3 題）4把兩個(gè)相同的電燈分別接在圖中甲、乙兩個(gè)電路里，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使兩燈都正常發(fā)光，兩電路中消耗的總功率分別為P甲和F乙，可以斷定（）A. P甲P乙B.卩甲F乙C.P甲=F乙D.無(wú)法確定（第 4 題）5. 輸電線總電阻為r，輸送的電功率是 P，送電電壓為U，則用戶得到的功率為（）A.P6.個(gè)直流電動(dòng)機(jī)所加電壓為 中錯(cuò)誤的是（）A .電動(dòng)機(jī)的輸出功率為B. 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為C. 電動(dòng)機(jī)的輸出功率

9、為D. 電動(dòng)機(jī)的功率可寫作UP 2C.PD.（） rrUU，電流為I，線圈內(nèi)阻為 R，當(dāng)它工作時(shí)，下述說(shuō)法U2/ R i2r2IU-I 2Riu=i2r=u2/r7. 有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2V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0.4A，若把它接入2V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1A。求：（1 ）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率；（2 ）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）8. 某商場(chǎng)安裝了一臺(tái)傾角為 30°勺自動(dòng)扶梯，該扶梯在電壓為380V的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下, 以0.4m/s的恒定速率

10、向斜上方移動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為4.9kW.不載人時(shí)測(cè)得電動(dòng)機(jī)中的電流為5A，若載人時(shí)扶梯的移動(dòng)速率和不載人時(shí)相同，則這臺(tái)自動(dòng)扶梯可同時(shí)乘載 的最多人數(shù)為多少？（設(shè)人的平均質(zhì)量為 60kg）9 .某一電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓 U1=10V時(shí)帶不動(dòng)負(fù)載，因此不轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流為I1=2A。當(dāng)電壓為U2=36V時(shí)能帶動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)電流為I2=1A。求這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多10. 微型吸塵器的直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻一定, 此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，當(dāng)加在電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為 工作，則吸塵器的效率為多少？【綜合評(píng)價(jià)】1. 關(guān)于電功，下列說(shuō)法中正確的有（A. 電功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力所做的功當(dāng)加上0.3 V的電壓時(shí)，通過(guò)的電流為

11、 0.3 A，2.0 V時(shí)，電流為 0. 8 A，這時(shí)電動(dòng)機(jī)正常B. 電功是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C. 電場(chǎng)力做功使電能轉(zhuǎn)化成其他形式能量的量度D. 電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)時(shí)的電功率和熱功率相等2. 一盞電燈直接接在恒定的電源上，其功率為 導(dǎo)線后，再接在同一電源上，在導(dǎo)線上損失的電功率是100W，若將這盞燈先接上一段很長(zhǎng)的9W，那么此時(shí)電燈實(shí)際消耗的電功率將（）A.大于91W B.小于91WC.等于91WD.條件不足，無(wú)法確定大?3. A、B、C三個(gè)燈泡如圖所示的方式連接時(shí)，各自消耗的實(shí)際功率相同，則Pa:Pb:Pc為（）A.1:1:1B.1:2:2C.2:1:1D.1:4:4（第 3 題）4. 圖中 Ri=

12、4 Q, R2=9 Q, R3=18 Q。通電后（）A .經(jīng)Ri和R3的電流之比li： b=3 : 1B . Ri兩端的電壓和 R3兩端的電壓之比 Ui： U3=4: 9C.三個(gè)電阻消耗的電功率之比Pi： P2： P3=2 : 1 : 2D .三個(gè)電阻消耗的電功率之比Pi： P2： P3=2：2： i（第 4 題）5. 兩個(gè)電阻,Ri=8 Q ,R=2 Q并聯(lián)在電路中.欲使這兩個(gè)電阻消耗的電功率相等，可行的辦法是（）A .用一個(gè)阻值為2Q的電阻與R2串聯(lián)B .用一個(gè)阻值為6Q的電阻與R2串聯(lián)C.用一個(gè)阻值為6Q的電阻與Ri串聯(lián)D .用一個(gè)阻值為2Q的電阻與Ri串聯(lián)6. 定值電阻，通過(guò) 2C的電

13、荷量時(shí)，消耗的電能是8J,若在相同時(shí)間內(nèi)通過(guò) 4C的電荷量，那么電阻兩端的電壓和消耗的電能分別為（）D.8V，32JA.4V，i6J B.8V，i6JC.4V，32J7 如圖甲所示電路，滑動(dòng)變阻器的最大電阻為R，負(fù)載電阻為 Ro。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端S在某位置時(shí)，Ro兩端電壓為U/2，滑動(dòng)變阻器上消耗的功率為位置互換，接成圖乙所示電路時(shí)，滑動(dòng)觸頭A . Ro兩端的電壓將小于 E/2B . Ro兩端的電壓將等于 E/2C .滑動(dòng)變阻器上消耗的功率一定小于D 滑動(dòng)變阻器上消耗的功率可能大于S的位置不變，則（PpP。若將Ro與電源）aL（第 7 題）8.圖中M , N接穩(wěn)壓電源，a, b間斷開(kāi)時(shí)，U

14、ab=120V, a, b間接入“ 220V 100W” 的燈泡時(shí)，Uab=110V .則此時(shí)電源輸入 M、N的電功率為 （）A. 25W B . 27. 27W C. 102. 27W D . 2. 27W（第 8 題）9如圖所示，D為一插頭，可接入電壓恒定的照明電路中，a、b、c為三只相同且功率較大的電爐，a靠近電源，b、c離電源較遠(yuǎn)，而離用戶電燈 L很近，輸電線有電阻。關(guān)于 電爐接入電路后對(duì)電燈的影響，下列說(shuō)法中正確的是（）A .使用電爐a時(shí)對(duì)電燈的影響最大B .使用電爐b時(shí)對(duì)電燈的影響比使用電爐a時(shí)大C.使用電爐c時(shí)對(duì)電燈幾乎沒(méi)有影響D .使用電爐b或c時(shí)對(duì)電燈影響幾乎一樣（第 9 題

15、）10. 一只電爐的電阻絲和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈電阻相同，都為R，設(shè)通過(guò)它們的電流相同（電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)），則在相同時(shí)間內(nèi)（）A. 電爐和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量相同B. 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)兩端電壓D. 電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等11. 一輛電瓶車，質(zhì)量為500kg，由內(nèi)阻不計(jì)的蓄電池組向直流電動(dòng)機(jī)提供24V的電壓，當(dāng)電瓶車在水平地面上以 0.8m/s的速度勻速行駛時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為5A，設(shè)車所受的阻力是車重的0.02倍（g=10m/s2），則此電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻是（）A . 4.8 QB. 3.2 QC. 1.6 QD . 0.4 Q12. 理發(fā)用的電吹風(fēng)機(jī)中有電動(dòng)機(jī)

16、和電熱絲，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，電熱絲給空氣加熱，得到熱風(fēng)將頭發(fā)吹干。設(shè)電動(dòng)機(jī)線圈電阻為R1，它與電熱絲電阻值R2串聯(lián)后接到直流電源上，吹風(fēng)機(jī)兩端電壓為U，電流為I消耗的功率為P，則有（）A. P =UI B. P = I 2（R1 R2）C. P UI D. P I 2（R1 R2）13. 一個(gè)電阻為20 Q的導(dǎo)體，當(dāng)它每通過(guò) 3C電荷量時(shí)，電流做功18J，那么此導(dǎo)體兩端所加電壓為 V，通過(guò)3C電荷量所用時(shí)間為 s.14. 把兩個(gè)標(biāo)有“6V 3W和“6V 4W的小燈泡串聯(lián)，則串聯(lián)電路允許達(dá)到的最大功率是W ;把這兩個(gè)小燈泡并聯(lián)，則并聯(lián)電路允許達(dá)到的最大功率是 W。15. 一臺(tái)電阻為2Q的電動(dòng)機(jī)

17、，接在110V電路中工作時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為10A，則這臺(tái)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為 ，發(fā)熱功率為 ，轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率為 ，電動(dòng)機(jī)的效率為。16. 有一電風(fēng)扇上標(biāo)有 “ 220V55W',若風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)線圈電阻為8 Q,當(dāng)它正常工作時(shí)，電源供給的電功率是 W，轉(zhuǎn)化為風(fēng)的電功率是 W，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是W.17. 微型吸塵器中直流電動(dòng)機(jī)的線圈電阻一定。當(dāng)加在電動(dòng)機(jī)上的電壓為0.3V，電流為0.3A時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)加在電動(dòng)機(jī)上的電壓為2.0V，電流為0.8A時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作。此時(shí)電動(dòng)機(jī)內(nèi)電熱轉(zhuǎn)換的電功率是W ;電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是W。18. 某地強(qiáng)風(fēng)風(fēng)速v=20m/s，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的扇葉

18、總面積為S=20m2,若風(fēng)能的70%轉(zhuǎn)化為電能（即n =70%，其電功率為7x104w。那么利用上述物理量計(jì)算空氣密度的表達(dá)式p =其大小是 P =°19. 某滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有 “ 20Q 0.2 A字樣，現(xiàn)將固定端A和滑動(dòng)端P接在3V的電源上，并保持電壓不變，如圖所示。在P由B端向A端滑動(dòng)過(guò)程中，AP段電阻允許消耗的最大功率是多少？這時(shí) AP段電阻值多大？（第10題）20. 一小型水電站，給用戶輸電的導(dǎo)線的總電阻是10 Q,輸送的電功率是 20kW.若輸電線在1h內(nèi)因發(fā)熱損耗的電能是1kWh,那么該電站的輸出電壓是多少 ？用戶得到的電壓是多少？21. 一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)線圈電阻r =1

19、 Q，與一阻值 R=10Q的電阻串聯(lián)，當(dāng)所加電壓U=150V，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)電壓表示數(shù)100V，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率及輸出的機(jī)械功率。一 U 4（第 21 題）22. 如圖所示是電飯煲的電路圖，Si是一個(gè)限溫開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合，當(dāng)此開(kāi)關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103C）時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)；S2是一個(gè)自動(dòng)溫控開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于60C時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合，溫度高于80C時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，紅燈是加熱狀態(tài)時(shí)的指示燈，它在保溫狀態(tài)下是不亮的，黃燈是保溫狀態(tài)下的指示燈。限流電阻Ri=R2=500 Q，加熱電阻絲R3=50 Q，兩燈的電阻不計(jì)。（1）根據(jù)電路分析，敘述電飯煲煮飯的全過(guò)程（包括加熱和保溫的過(guò)程）。（2 ）簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開(kāi)關(guān)Si，電飯煲能將飯煮熟嗎？（3）計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲的消耗功率之比。220 V（第 22 題）23.一臺(tái)國(guó)產(chǎn)XQB30 13型全自動(dòng)洗衣機(jī)說(shuō)明書中所列的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表，試根 據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)計(jì)算：額定電壓220 V額定頻率50 Hz額定洗衣、脫水功率360 W額定洗衣、脫水容量3 kg整機(jī)質(zhì)量33 kg外形尺寸(長(zhǎng)X寬稿)(54 2X550X9 20) mm 3(1)這臺(tái)洗衣機(jī)在額定電壓下洗衣或脫水時(shí)，通過(guò)洗衣機(jī)的電流是多大如洗衣、脫水的累計(jì)時(shí)間為40 min，則洗衣機(jī)耗電多少？參考答案：第五節(jié)焦耳定律【知能準(zhǔn)備】1電能 自由電荷 靜電力 電勢(shì)能 W = IUt P