2021-2022高中物理3-1學案：第2章 5焦耳定律

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE13-版權所有@高考資源網(wǎng)學必求其心得，業(yè)必貴于專精5焦耳定律[學習目標］1。［物理觀念]理解電功和電功率的概念，知道電流做功的實質(zhì)。(重點)2.［科學思維]理解電功和電熱的區(qū)別,會區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路。（難點)3.［科學思維］理解電功率和熱功率。(重點)4.［物理觀念]會從能量守恒角度理解焦耳定律。（難點）一、電功和電功率1．電功（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：W＝IUt。（3)單位：國際單位是焦耳,符號是J.（4)意義:描述電能轉化為其他形式能的多少。2．電功率（1）定義：單位時間內(nèi)電流所做的功。(2）公式：P＝IU.(3）單位：瓦特，符號是W。(4)意義:描述電能轉化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢。二、焦耳定律1．內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比.2．表達式：Q＝I2Rt。3．熱功率1．思考判斷(正確的打“√”,錯誤的打“×”）(1)電功與電能的單位相同，電功就是電能. (×)(2)電功率越大，電功越大。 (×）(3）根據(jù)I＝eq\f（U,R）可導出P＝eq\f(U2，R），該公式用于任何用電器. (×)（4）電流通過電解槽時，電功大于電熱。 （√)2．(多選）關于電功和焦耳熱,下列說法正確的是()A．在純電阻電路中，計算電功可用公式W＝I2RtB．在非純電阻電路中，計算電功可用公式W＝I2RtC．在非純電阻電路中，計算焦耳熱可用Q＝I2RtD．在純電阻電路中，計算焦耳熱可用Q＝UItACD[電功的計算式W＝UIt適用于任何形式的電路，焦耳熱計算式Q＝I2Rt也是普遍適用的，但是只有在純電阻電路中，電功W才等于焦耳熱Q,A、C、D正確，B錯誤。］3．把六個相同的小燈泡接成如圖甲、乙所示的電路，調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光,甲、乙兩電路所消耗的總功率分別用P甲和P乙表示，則下列結論中正確的是（）甲乙A．P甲＝P乙B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲D．P乙〉3P甲B[設每個燈泡正常工作時的電流為I，則甲圖中電路的總電流為3I，P甲＝12V×3I，乙圖中電路的總電流為I，P乙＝12V×I,故有P甲＝3P乙,B正確。]串、并聯(lián)電路中電功率的計算1.串、并聯(lián)電路的功率分配關系(1)串聯(lián)電路中各個電阻的電功率跟它的阻值成正比，即eq\f(P1,R1)＝eq\f(P2，R2）＝…＝eq\f(Pn,Rn)＝I2。（2)并聯(lián)電路中各個電阻的電功率跟它的阻值成反比,即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2.（3)無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率均等于電路中各電阻消耗的功率之和。2．額定功率和實際功率(1）用電器正常工作時所消耗的功率叫作額定功率，當用電器兩端電壓達到額定電壓U額時，電流達到額定電流I額，電功率也達到額定功率P額，且P額＝U額I額。(2)用電器的實際功率是用電器在實際工作時消耗的電功率。為了使用電器不被燒毀，要求實際功率不能大于其額定功率.3．在純電阻電路中,P＝UI＝eq\f（U2,R）＝I2R，此類題目主要考查串、并聯(lián)電路的特點以及公式P＝UI、P＝eq\f（U2,R）和P＝I2R的靈活選擇及應用?！纠?】有額定電壓都是110V,額定功率PA＝100W，PB＝40W的電燈兩盞，若接在電壓是220V的電路上，兩盞電燈均能正常發(fā)光,那么電路中消耗功率最小的電路是()ABCD思路點撥：（1)電路的總功率等于各用電器消耗的功率之和.(2）串聯(lián)電路中，功率與電阻成正比;并聯(lián)電路中，功率與電阻成反比.C[若要兩燈均正常發(fā)光，亦即每燈的電壓均為110V，對A電路,因為RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110V，B燈將被燒壞;對B電路，UB＞U并,B燈將被燒壞；對C電路,RA可能等于B燈與變阻器并聯(lián)后的電阻，所以UA可能等于UB，等于110V，兩燈可能正常發(fā)光，且電路消耗總功率為200W；對D電路，變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后總電阻,可能有UA＝UB＝U并＝110V，兩燈可能正常發(fā)光，且電路中消耗總功率為280W。綜上可知，C正確.］功率求解的技巧（1）在純電阻電路中，比較用電器的電功率時，要根據(jù)已知條件靈活選用公式，如用電器電流相同時，用P＝I2R比較，若電壓相同時用P＝eq\f(U2，R)比較，若電阻相同時，可根據(jù)I或U的關系比較。(2)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題，比例法求解會使問題簡化，但一定要明確是正比還是反比關系.（3)當求解用電器的功率時，要明確求解的是什么功率.實際功率與額定功率不一定相等。eq\o（［跟進訓練]）1．有人在調(diào)制電路時用一個“100kΩ，eq\f(1，8）W"的電阻和一個“300kΩ,eq\f(1,8)W”的電阻串聯(lián),作為400kΩ的電阻使用，此時兩串聯(lián)電阻允許消耗的最大功率為（)A．eq\f（1，2）W B．eq\f（1,6)WC．eq\f(1,8)W D．eq\f（1，4）WB［由P＝I2R可知，流過兩電阻的電流I1＝eq\r（\f(P,R)）＝eq\r(\f(\f（1,8),100000））≈0。001A。I2＝eq\r(\f(P，R))＝eq\r（\f(\f（1，8），300000))≈0。00065A。則串聯(lián)時的最大電流約為0.00065A；此時300kΩ的電阻達到額定值，100kΩ電阻消耗的功率為其功率的eq\f（1，3)；則有最大功率Pm＝Ieq\o\al(2,2）（R1＋R2)＝eq\f(1，3)×eq\f（1,8)W＋eq\f(1,8）W＝eq\f（1,6)W。故選B。］純電阻電路和非純電阻電路1。純電阻電路和非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件除電阻外還包括能把電能轉化為其他形式能的用電器歐姆定律服從歐姆定律不服從歐姆定律能量轉化電流做功全部轉化為電熱電流做功除轉化為內(nèi)能外還要轉化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐、白熾燈等電動機、電解槽等2。電功與電熱的區(qū)別與聯(lián)系(1）純電阻電路W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f（U2,R)t;P電＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R）。（2)非純電阻電路電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt,W＞Q；電功率P電＝UI，熱功率P熱＝I2R，P電＞P熱.3．電動機的功率和效率(1）電動機的總功率（輸入功率)：P總＝UI。(2）電動機發(fā)熱的功率：P熱＝I2r。（3)電動機的輸出功率（機械功率)：P機＝P總－P熱＝UI－I2r.(4)電動機的效率:η＝eq\f(P機，P總)×100%?！纠?】在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路。當調(diào)節(jié)滑動變阻器R使電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0。5A和1.0V;重新調(diào)節(jié)R使電動機恢復正常運轉時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V.求這臺電動機正常運轉時的輸出功率和電動機的線圈電阻。思路點撥：（1）電動機停止轉動，電路為純電阻電路。（2）電動機正常運轉，電路為非純電阻電路。[解析]當電流表和電壓表的示數(shù)為0.5A和1。0V時，電動機停止工作，電動機中只有電動機的內(nèi)阻消耗電能，其阻值r＝eq\f（U1,I1）＝eq\f(1.0,0。5）Ω＝2Ω當電動機正常工作時，電流表、電壓表示數(shù)分別為2.0A和15.0V，則電動機的總功率P總＝U2I2＝15。0×2.0W＝30.0W線圈電阻的熱功率P熱＝Ieq\o\al(2,2)r＝2.02×2W＝8.0W所以電動機的輸出功率P輸出＝P總－P熱＝30。0W－8.0W＝22.0W。［答案］22。0W2Ω上例中,若電動機以v＝1m/s勻速豎直向上提升重物，該重物的質(zhì)量為多少?（g＝10m/s2）提示：P出＝mgv，則m＝eq\f（P出，gv)＝2.2kg。電動機電路的分析與計算eq\o（[跟進訓練])2．如圖所示為電動機與定值電阻R1并聯(lián)的電路，電路兩端加的電壓恒為U，開始S斷開時電流表的示數(shù)為I1，S閉合后電動機正常運轉，電流表的示數(shù)為I2，電流表為理想電表，電動機的內(nèi)阻為R2，則下列關系式正確的是()A．eq\f（U，I1－I2)＝R2 B．eq\f（U，I2)＝eq\f（R1R2，R1＋R2)C．I2U＝eq\f(U2,R1）＋eq\f(U2，R2） D．I2U＝eq\b\lc\（\rc\)(\a\vs4\al\co1(I2－I1))U＋Ieq\o\al(2,1)R1D[由于電動機是非純電阻用電器,因此歐姆定律不成立，故A、B錯誤。由于歐姆定律不成立，則電動機消耗的功率不能用P＝eq\f（U2,R2）表示，故C錯誤.電動機消耗的功率為（I2－I1）U,根據(jù)能量守恒定律可知，I2U＝(I2－I1）U＋Ieq\o\al（2，1）R1，故D正確。］1．[物理觀念]對電功、電功率、電熱及熱功率的理解與計算。2．[科學方法]串、并聯(lián)電路的功率分析與計算。3．［科學思維]對純電阻電路與非純電阻電路的比較。1．下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中錯誤的是(）A．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B．W＝UIt適用于任何電路,而W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中,UI〉I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路A[電功率公式為P＝eq\f(W,t），功率越大，表示電流做功越快。對于一段電路,有P＝IU，I＝eq\f(P,U），焦耳熱Q＝eq\b\lc\(\rc\)（\a\vs4\al\co1（\f（P，U）)）eq\s\up12（2)Rt，可見Q與P、U、t都有關。所以，P越大，Q不一定越大，A錯誤。W＝UIt是電功的定義式,適用于任何電路，而I＝eq\f（U,R)只適用于純電阻電路，B正確.在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正確。Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式,適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確。]2．一電動機線圈電阻為R，在它兩端加上電壓U,電動機正常工作,測得通過它的電流為I，電動機的機械功率是（)A．I2R B．eq\f（U2,R）C．UI－I2R D．UIC［電動機的電功率P＝UI