1、5焦 耳 定 律素养目标定位理解电功的概念，知道电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算知道电功率和热功率的区别和联系，能区分电功和电热素养思维脉络知识点1电功1定义电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、_电路中的电流I_、通电时间t三者的乘积。2表达式WqU_UIt_。3单位国际单位为_焦耳_，符号为J。常用单位为千瓦时(kWh)，亦称为“度”，1度_3.6106_焦耳。4物理意义反映电能转化为其他形式能的多少。5对电功的理解从力的角度，电流做功的实质是_电场力_对电荷做功。从能的角度，电流做功是_电能_转化为其他
2、形式能的过程，电功的大小量度着电能的转化，它标志着电能转化为其他形式的能。知识点2电功率1概念电流所做的_功_跟完成这些功所用_时间_的比值叫做电功率。2表达式P_UI_。3单位_瓦特_，符号W。4物理意义表示电流做功的_快慢_。5用电器的额定功率和实际功率(1)额定功率：用电器长期正常工作时的_最大功率_，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。(2)实际功率：用电器_实际工作_时消耗的电功率。为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。知识点3焦耳定律1焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟_电流_的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成_正比_。(2)
3、表达式：Q_I2Rt_。2热功率(1)定义：单位时间内放出的热量。(2)表达式：P_I2R_。 思考辨析判一判(1)电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能。()(2)电功与电能不同，电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。()(3)电功率越大，表示电流做功越多。()(4)焦耳定律的表达式为QI2Rt，此式适用于任何电路。()(5)三个公式PUI、PI2R、P没有任何区别，它们表达相同的意义，所示P即是电功率。()选一选如图所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后
4、，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是(C)API2RBPCPIUDPI2R解析：家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用PUI来计算，C正确。想一想在长时间使用电烙铁的过程中，当暂时不使用时，如果断开电源，电烙铁将会很快变凉，再次使用时温度不能及时达到要求，如果不断开电源，烙铁头容易“烧死”且浪费电能。因此，实验室内常用的电路如图所示，其中RL为白炽灯泡，R为电烙铁。暂时不用电烙铁时，断开开关S，再次使用时闭合开关S。这样既能起到预热作用，又能保护电烙铁和节省电能。试用你学过的电学知识说明其道理。答案：暂时不用烙铁时，断开S
5、，RL与R串联后接在电路中，整个电路电阻较大，电流很小，消耗的电功率较小，同时又使R保持预热状态；需用烙铁时，接通S，电烙铁在额定电压下工作，很快升温。探究一电功和电热的比较S 1如图电风扇和电熨斗都是通过电流做功进行工作的电器。请思考：(1)电风扇工作时，将电能主要转化为什么能？(2)电熨斗工作时，将电能主要转化为什么能？提示：(1)机械能(2)热能G 1两种电路的比较两种电路比较内容纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器欧姆定律服从欧姆定律I不服从欧姆定律：UIR或I能量转化电流做功全部转化为电热即电能全部转化为导体的内能电流做功除转
6、化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等2.电功与电热的计算公式比较纯电阻电路非纯电阻电路电功WIUtI2RttWIUt电热QIUtI2RttQI2Rt电功率PIUI2RPUI热功率PIUI2RPI2R特别提醒：不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用WUIt，功率都可以用PUI，热量都可以用QI2Rt，热功率都可以用PI2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。D 典例1 规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V电压后， 排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转
7、动，求电动机消耗的功率和发热的功率。解题指导：审题时应把握以下三点：(1)发热功率为P热I2R。(2)机械能的功率为：P机P电P热。(3)电动机不转动时，可理解为纯电阻。解析：(1)排气扇在220 V电压下正常工作电流I A0.16 A，发热功率P热I2R0.16240 W1 W，转化为机械能的功率P机PP热(361) W35 W。(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时通过排气扇的电流I A5.5 A。电动机消耗的功率等于发热功率PP热IU5.5220 W1 210 W。由于发热量很大，将很快烧坏电动机线圈。答案：(1)35 W1 W(2)1 210 W1 2
8、10 W对点训练1 (多选)(2019新疆实验中学高二第一学期期末)如图所示，定值电阻R20 ，电动机线圈的电阻R01.0 ，当开关S断开时，电流表的示数是1.0 A。当开关S闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数为2.0 A。则(ACD)A电路电压为20 VB电路的发热功率为20 WC电动机的输出功率为19 WD电动机的效率是95%解析：开关S断开时，电流表的示数是1.0 A，电路电压UIR1.020 V20 V，故A项正确。开关S闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，流过电阻电流不变，电流表的示数为2.0 A，则流过电动机的电流IMII1 A，电路的发热功率为PI2
9、RIR021 W。故B项错误。电动机的输出功率P机UIMIR019 W，故C项正确。电动机的总功率PMUIM201 W20 W，则电动机的效率95%。故D项正确。探究二串、并联电路中电功率的分析与计算S 2用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？提示：通电导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻要大得多。由焦耳定律QI2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。G 1串联电路功率关系2并联电路功率关系3结论无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。
10、特别提醒：(1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但 一定要确定是正比关系还是反比关系。(2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。D 典例2 (2019广东省惠州市高二上学期期末)额定电压都是110 V，额定功率PA100 W，PB40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个(C)解题指导：两盏电灯均能正常发光，则必须都达到额定电压，电路消耗功率最小则电灯正常发光情况下滑动变阻器消耗功率最小。解析：判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压
11、，或电流是否是额定电流。由P和已知条件可知，RARB。对于A电路，由于RA110 V，B灯被烧毁，两灯不能正常发光。对于B电路，由于RBRA，A灯又并联变阻器，并联电阻要小于RB，所以UBU并，B灯烧毁。对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IAIB)110，而D电路中变阻器功率为(IAIB)110，所以C电路消耗电功率最小。对点训练2 (2019吉林省四平市实验中学高二上学期期末)把六个相同小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡均正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示
12、，则下列结论中正确的是(A)AP甲3P乙BP乙3P甲CP甲P乙DP乙3P甲解析：设灯泡正常发光时的电流为I，对于甲图，电路的总的电流为3I，此时甲的总功率的大小为P甲U3I，对于乙图，电路的总电流的大小就为I，此时乙的总功率的大小为P乙UI，所以P甲3P乙，故选A。含电动机电路的分析1电动机的特性：电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和内能，在电路计算中，欧姆定律不再适用。2电动机的三个功率(1)电动机的总功率(输入功率)P总UI。(2)电动机的热功率P热I2r。(3)电动机的输出功率(机械功率)P出UII2r。案例 (2019山东师大附中第三次学分认定)如图所示为电动机提升重物的
13、装置，电动机线圈的电阻为r1 ，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N。忽略一切摩擦，求：(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？(3)10 s内电动机可以把重物匀速提升多高？(4)这台电动机的机械效率是多少？解析：电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源获取的功率一部分转化为线圈的热功率，另一部分转化为电动机的机械功率。(1)电动机线圈上消耗的热功率为P热I2r1 W。(2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即P入UI51 W5 W电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率，根据P入P出P热得P出P入P热5 W1 W4 W。(3)设物体A的重力为G，t10 s内物体上升的高度为h，根据能量守恒定律得P出tGhh m2 m。(4)这台电动机的机械效率为100%100%80%。答案：(1)1 W(2)5 W4 W(3)2 m(4)80%
