高一物理人教版選修3-1導(dǎo)學(xué)案：2.5-焦耳定律(2篇)

2-5焦耳定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道并理解電功、電功率的概念，并能利用公式進(jìn)行有關(guān)計算2.清電功與電熱、電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系3.知道純電阻電路和非純電阻電路的特點和區(qū)別[學(xué)習(xí)過程]任務(wù)一：閱讀課本，并回答下面兩個問題。1.如圖1所示，電路中電流為I，通電時間為t，那么在這段時間內(nèi)通過這段電路的電荷量是多少？如果電路左、右兩端的電勢差是U，在電荷q從左端移到右端的過程中．靜電力做的功是多少？2.電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”是否相同，兩者間有何關(guān)系？1.電功的實質(zhì)：電流通過一段電路所做的功，實質(zhì)是電場力在這段電路中所做的功．電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少量．2.電功的計算公式：W＝IUt.電功的單位：焦耳，符號為J.常用的單位還有：千瓦時(kW·h)，也稱“度”，1kW·h＝3.6×106J．3.電功率：單位時間內(nèi)電流所做的功．它表示電流做功的快慢．電功率的計算公式：P＝eq\f(W,t)＝IU,_電功率的單位：瓦特，符號為W.任務(wù)二：某一電路中只含有某一電器元件，即白熾燈、電動機(jī)、電爐、電容器、電熨斗、電飯鍋、電解槽其中的一種，分析哪些屬于純電阻電路，哪些屬于非純電阻電路．任務(wù)三：閱讀課本，寫出焦耳定律的表達(dá)式，并說出適用條件。1.焦耳定律(1)電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.2.熱功率(1)電阻通電所產(chǎn)生的熱量與產(chǎn)生這些熱量所用時間的比值，叫做熱功率．(2)表達(dá)式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R.3.純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能．此時電功等于電熱W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t,電功率等于熱功率P＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).4.非純電阻電路：含有電動機(jī)或電解槽的電路稱為非純電阻電路．在非純電阻電路中，電流做的功一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能，還有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．此時電功大于電熱：W＝UIt＝Q＋E其他>Q＝I2Rt，電功率大于熱功率：P＝UI＝P熱＋P其他>P熱＝I2R.任務(wù)四：完成以下練習(xí)，檢測本節(jié)課學(xué)習(xí)效果。1.關(guān)于三個公式P＝UI，P＝I2R，P＝eq\f(U2,R)的適用范圍，以下說法正確的是()A.第一個公式普遍適用于求電功率，后兩式普遍適用于求熱功率B.在純電阻電路中，三個公式既可適用于求電功率，又可適用于求熱功率C.在非純電阻電路中，第一個公式可適用于求電功率，第二個公式可用于求熱功率，第三個公式?jīng)]有意義D.由U＝IR可知，三個公式?jīng)]有任何區(qū)別，它們表達(dá)相同的意義，所求P既是電功率，也是熱功率2.一臺電動機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過相同的電流，在相同時間內(nèi)()A.電爐放熱與電動機(jī)放熱相等B.電爐兩端電壓小于電動機(jī)兩端電壓C.電爐兩端電壓等于電動機(jī)兩端電壓D.電動機(jī)消耗的功率大于電爐的功率3.如圖所示，直流電動機(jī)線圈的電阻為R，當(dāng)該電動機(jī)正常工作時，電動機(jī)兩端電壓為U，通過電動機(jī)的電流為I，則()A.電動機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱功率為I2RB.電動機(jī)的機(jī)械功率為IUC.電動機(jī)的總功率為IUD.電動機(jī)機(jī)械功率為IU－I2R4.有規(guī)格為“220V1000W”的電爐，問它在正常工作時的電阻；如果電壓只有200V，求它實際消耗的功率．

5焦耳定律學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.理解電功和電功率的概念，知道電流做功的實質(zhì)．(重點)2．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．理解電功率和熱功率．(重點)4．會從能量守恒角度理解焦耳定律．(難點)電功和電功率eq\o([先填空])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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢eq\o([再判斷])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．(×)3．1千瓦時＝3.6×106J．(√)eq\o([后思考])用電器額定功率越大，接在電路中電流做的功越多，這樣說法對嗎？【提示】不對，電流做功一方面與電功率有關(guān)，另一方面還與通電時間有關(guān)，只有電功率與時間乘積大時，電流做功才多．eq\o([合作探討])將額定電壓均為1.5V，額定功率分別為0.3W和0.5W的小燈泡A、B串聯(lián)起來接在電壓為U的電源上，兩燈泡均發(fā)光．探討1：A、B兩燈泡的電壓能否同時達(dá)到額定電壓？【提示】不能．探討2：A、B兩燈泡中，哪個燈泡更亮一些？【提示】由R＝eq\f(U2,P)可知，RA＞RB，兩燈泡串聯(lián)時，由P＝I2R可知，PA＞PB，故A燈更亮一些．eq\o([核心點擊])1．串聯(lián)電阻的功率分配(1)分配規(guī)律：各電阻上的電功率與電阻成正比，即eq\f(P1,P2)＝eq\f(R1,R2)，eq\f(Pn,P總)＝eq\f(Rn,R總).證明：串聯(lián)電阻各部分電流相同，由P＝I2R知P1＝I2R1，P2＝I2R2，Pn＝I2Rn，P總＝I2R總，則eq\f(P1,P2)＝eq\f(R1,R2)，eq\f(Pn,P總)＝eq\f(Rn,R總).(2)總功率：電阻消耗的總功率等于各電阻消耗的功率之和．證明：P總＝IU總＝I(U1＋U2＋…＋Un)＝IU1＋I(xiàn)U2＋…＋I(xiàn)Un＝P1＋P2＋…＋Pn2．并聯(lián)電阻的功率分配(1)分配規(guī)律：各支路電阻上的電功率與電阻成反比，即eq\f(P1,P2)＝eq\f(R2,R1)，eq\f(Pn,P總)＝eq\f(R總,Rn).證明：并聯(lián)電阻各部分電壓相同，由P＝eq\f(U2,R)知P1＝eq\f(U2,R1)，P2＝eq\f(U2,R2)，Pn＝eq\f(U2,Rn)，P總＝eq\f(U2,R總)，則eq\f(P1,P2)＝eq\f(R2,R1)，eq\f(Pn,P總)＝eq\f(R總,Rn).(2)總功率：電路消耗的總功率等于各電阻消耗的功率之和，即P總＝P1＋P2＋…＋Pn.證明：P總＝IU＝(I1＋I(xiàn)2＋…＋I(xiàn)n)U＝I1U＋I(xiàn)2U＋…＋I(xiàn)nU＝P1＋P2＋…Pn.3．額定功率和實際功率的比較額定功率實際功率區(qū)別用電器上標(biāo)著的功率，即用電器正常工作時的功率．額定功率的大小是由用電器本身的因素決定的，與外加因素?zé)o關(guān)用電器實際工作時消耗的電功率．為了使用電器不被燒壞，要求其實際功率不能大于額定功率計算當(dāng)用電器兩端電壓達(dá)到額定電壓U額時，電流達(dá)到額定電流I額，電功率也達(dá)到額定功率P額，且P額＝U額I額，對于純電阻用電器P額＝Ieq\o\al(2,額)R＝eq\f(U\o\al(2,額),R)用電器兩端的實際電壓為U實，實際電流為I實，則P實＝I實U實，對于純電阻用電器，P實＝Ieq\o\al(2,實)R＝eq\f(U\o\al(2,實),R)聯(lián)系用電器兩端所加電壓為額定電壓時，用電器的實際功率等于額定功率注意無論用電器是否在額定電壓下工作，通常認(rèn)為用電器的電阻是恒定不變的，這是利用用電器的額定值計算實際功率的一個關(guān)鍵和橋梁1．如圖2-5-1所示，把兩個相同的燈泡分別接在甲、乙電路中，甲電路兩端的電壓為8V，乙電路兩端的電壓為16V．調(diào)節(jié)變阻器R1和R2使兩燈都正常發(fā)光，此時變阻器消耗的功率分別為P1和P2，兩電路中消耗的總功率分別為P甲和P乙，則下列關(guān)系中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：34522026】圖2-5-1A．P甲<P乙 B．P甲>P乙C．P1>P2 D．P1＝P2【解析】由燈都正常發(fā)光可知，R1中電流是R2中電流二倍，R1兩端電壓是R2兩端電壓的二分之一，兩變阻器消耗的功率相等，兩電路中消耗的總功率相等，選項D正確，A、B、C錯誤．【答案】D2．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，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是()ABCD【解析】對燈泡有P＝UI＝eq\f(U2,R)，可知：RA<RB，對于A電路，由于RA<RB，所以UB>UA，且有UB>110V，B燈被燒毀，UA<110V不能正常發(fā)光，A錯誤．對于B電路，由于RB>RA，A燈又并聯(lián)變阻器，并聯(lián)電阻更小于RB，所以UB>U并，B燈被燒毀．對于C電路，B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，兩燈可以正常發(fā)光．對于D電路，若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UA＝UB＝110V，兩燈可以正常發(fā)光．比較C、D兩個電路，由于C電路中變阻器功率為(IA－IB)×110，而D電路中變阻器功率為(IA＋I(xiàn)B)×110，所以C電路消耗電功率最?。敬鸢浮緾求解功率的三個技巧(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(guān)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(guān)系．(3)當(dāng)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．焦耳定律eq\o([先填空])1．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比．2．表達(dá)式：Q＝I2Rt.3．熱功率eq\o([再判斷])1．電流流過筆記本電腦時，電功一定等于電熱．(×)2．根據(jù)I＝eq\f(U,R)可導(dǎo)出P＝eq\f(U2,R)，該公式用于任何用電器．(×)3．電流通過電解槽時，電功大于電熱．(√)eq\o([后思考])標(biāo)有“220V40W”的白熾燈泡和“220V40W”的電動機(jī)，把它們并聯(lián)后接到220V的照明電路中，二者都能正常工作，它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？【提示】不同，“220V40W”白熾燈通電時將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而“220V40W”的電動機(jī)，通電后消耗的電能一部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能另一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．eq\o([合作探討])如圖2-5-2所示，電壓U恒為12V，燈泡L上標(biāo)有“6V12W”，電動機(jī)線圈的電阻RM＝0.50Ω.圖2-5-2探討1：燈泡L上流過的電流是否可以用IL＝eq\f(U,RL＋RM)求解？為什么？【提示】不可以，因為有電動機(jī)工作的電路不是純電阻的電路．探討2：若燈泡恰好正常發(fā)光，則電動機(jī)消耗的功率和發(fā)熱功率各多大？【提示】P＝IMUM＝eq\f(PL,UL)(U－UL)＝12W.P熱＝Ieq\o\al(2,M)RM＝(eq\f(PL,UL))2·RM＝2W.eq\o([核心點擊])1．純電阻電路和非純電阻電路純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器電流、電壓、電阻三者的關(guān)系遵循歐姆定律I＝eq\f(U,R)不遵循歐姆定律，U>IR或I<eq\f(U,R)能量轉(zhuǎn)化形式電流做功，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈電動機(jī)、電解槽2.電功與電熱的比較純電阻電路非純電阻電路能量轉(zhuǎn)化電功W＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tW＝UIt電熱Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tQ＝I2Rt關(guān)系W＝QW＞Q3.電功率與電熱功率的比較純電阻電路非純電阻電路電功率P電＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)P電＝UI熱功率P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R)P熱＝I2R關(guān)系P電＝P熱P電＞P熱3．下列關(guān)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【解析】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\f(P,U))2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)．所以，P越大，Q不一定越大，A錯；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．【答案】A4．(多選)如圖2-5-3所示是一提升重物用的直流電動機(jī)工作時的電路圖，其中電動機(jī)內(nèi)電阻r＝1Ω，電路中另一電阻R＝9Ω，直流電壓U＝180V，理想電壓表示數(shù)UV＝135V，電動機(jī)正以v＝1m/s勻速豎直向上提升某重物，g取10m/s2，下列判斷正確的是()圖2-5-3A．通過電動機(jī)的電流是18AB．輸入電動機(jī)的電功率是675WC．電機(jī)的輸出功率是25WD．重物的質(zhì)量是65kg【解析】通過R的電流為：I＝eq\f(U－UV,R)＝eq\f(180－135,9)A＝5A，故A錯誤；電動機(jī)的輸入功率為：P1＝UVI＝135×5W＝675W，故B正確；電動機(jī)內(nèi)電阻的發(fā)熱功率為：P2＝I2r＝52×1W＝25