1、第8讲焦耳定律电路中的能量转化目标定位1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.4.明确闭合电路中的功率及能量转化一、电功和电功率1电功：WUIt，电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I和通电时间t三者的乘积国际单位制中电功的单位是：焦耳(J)2电功率：电流所做的功与做这些功所用时间的比值公式P，进而得到PIU，单位：瓦特(W)想一想电流做功越多，电功率越大吗？答案电功率是指电流单位时间内做的功，电流做功多，由于时间不确定，所以电功率不一定大二、焦耳定律热功
2、率1焦耳定律：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比，公式表示为：QI2Rt.电流通过电阻而产生的热量称为焦耳热2热功率：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值叫做热功率，其表达式为：PI2R.想一想电风扇、电冰箱消耗的电能等于I2Rt吗？答案不等于三、电路中的能量转化1电源是将其他形式的能转化为电能的装置，电源转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和，即：IEIUI2r.2纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能3非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路在非纯电阻电路中，电能除
3、了转化为电阻的内能外，还转化为机械能或化学能一、电功和电功率电热和热功率1电功和电功率(1)电功：公式为WUIt.电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少量适用于任何电路(2)电功率：公式为PUI，反映了电流做功的快慢适用于任何电路2电热和热功率(1)焦耳定律：电热的计算公式为QI2Rt.(2)热功率的计算公式为P热I2R.例1将两个定值电阻R1、R2并联在电压为U的电源两端，R1消耗的功率为P1，R2消耗的功率为3P1，当把它们串联在电压为4U的电源两端时，下列说法正确的是()AR1两端的电压为UBR2消耗的功率变小C通过R2的电流变小D两个电阻消耗的总功率
4、为12P1答案D解析当R1、R2并联在电压为U的电源两端时，两电阻两端的电压为U，根据PUI，功率之比等于电流之比，根据并联电路电流和电阻的关系，可知：R13R2；当把它们串联在电压为4U的电源两端时，电路中的电流I，故通过R2的电流不变，电压不变，所以R2的电功率不变，仍为3P1，故B、C错误；R1两端的电压U1IR13R23U，故A错误；两个电阻消耗的总功率PUI4U12P1，故D正确例2一台电动机，额定电压为100 V，电阻为1 .正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为()A500 W B25 WC1 000 W D475 W答案B解析电动机的热功率PI2r521 W
5、25 W，B正确，A、C、D错误二、电路中的能量转化1功是能量转化的量度，同样，电功是电能转化为其他形式的能的量度，电热是电能转化为内能的量度电功的定义式是WIUt，电热的定义式是QI2Rt.2纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路能量转化情况电功和电热的关系WQUItI2RttWQE其他UItI2RtE其他tE其他电功率和热功率的关系PP热UII2RPP热P其他欧姆定律是否成立UIR，I成立UIR，IIR，放热QI2Rt，消耗功率PUII2R.3如图3所示是一直流电动机工作时的电路图电动机内阻r0.8 ，电路中另一电阻R10 ，直流电压U160 V，电压表示数UV110 V试求：图3
6、(1)通过电动机的电流；(2)输入电动机的电功率；(3)电动机输出的机械功率答案(1)5 A(2)550 W(3)530 W解析(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压URUUV(160110) V50 V通过电阻R的电流IR A5 A即通过电动机的电流IMIR5 A.(2)电动机的分压UMUV110 V输入电动机的功率P入IMUM550 W.(3)电动机的发热功率P热Ir20 W电动机输出的机械功率P出P入P热530 W闭合电路中的能量转化4.如图4所示，直流电动机线圈的电阻为R，电源内阻为r.当该电动机正常工作时，路端电压为U，通过电动机的电流为I，则()图4A电动机内部的发热功率为I2R
7、B电动机的机械功率为IUC电源的电动势为I(Rr)D电源的输出功率为IUI2R答案A解析电动机正常工作时，其属于非纯电阻电路，欧姆定律已不适用，则C错误；由焦耳定律可知电动机的发热功率为I2R，A正确；由电路的特点可知，电动机的输入功率等于电源的输出功率，即PUI，由能量守恒定律可得，电动机的机械功率为PUII2R，B、D错误(时间：60分钟)题组一对电功、电热、电功率和热功率的理解1关于四个公式PUI；PI2R；P；P，下列叙述正确的是()A公式适用于任何电路的电功率的计算B公式适用于任何电路的热功率的计算C公式适用于任何电路电功率的计算D以上均不正确答案AB解析PUI、P适用于任何电路的电
8、功率的计算，而PI2R、P只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故A正确，C错误PI2R适用于任何电路的热功率的计算，PUI、P只适用于纯电阻电路的热功率的计算，故B正确2两个精制电阻，用锰铜电阻丝绕制而成，电阻上分别标有“100 10 W”和“20 40 W”，则它们的额定电流之比为()A.5 B.20C.10 D12 000答案C解析由公式PI2R得：I ，所以I1I210.题组二串并联电路电功、电功率的计算3两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压UAUB，则下列说法正确的是()A两灯正常发光时，灯泡的电流IAIBB两灯电阻RARBC将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PAPBD将两灯
9、并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率PARB，由PUI可知额定电流IAPB；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P，所以PAPAPBPC解析根据R得：RARB 484 ，RCRD1 210 ；由电路图可知，B、C并联，所以电压相等，根据P可知：PBPC，A、D串联，电流相等，根据PI2R可知，PDPA；A、D的电流大于B、C的电流，根据PI2R可知：PAPB，PDPC；所以PDPAPBPC.题组三非纯电阻电路的特点及有关计算6.如图2所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电动机内阻为R1.当开关闭合、电动机正常工作时，滑动变阻器接入电路中的电阻为R2，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流
10、为I.电动机输出的机械功率P等于()图2AUI BI2R1CUII2R1 D.U答案C解析电动机是非纯电阻电路，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流为I，故电动机的电功率为UI；电动机内阻为R1，故电动机消耗的热功率为I2R1；根据能量守恒定律，电动机输出的机械功率为：PUII2R1；故选C.7.如图3有一内阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()图3A电解槽消耗的电功率为120 WB电解槽消耗的电功率为60 WC电解槽的发热功率为60 WD电路消耗的总功率为60 W答案B解析灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分
11、得110 V电压，且流过电解槽的电流II灯 A A，则电解槽消耗的电功率PIUP灯60 W，A选项错误，B选项正确；电解槽的发热功率P热I2r1.3 W，C选项错误；电路消耗的总功率P总IU总220 W120 W，D项错误8.如图4所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V12 W”字样，电动机线圈的电阻RM0.5 .若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是()图4A电动机的输入功率为24 WB电动机的输出功率为12 WC电动机的热功率为2 WD整个电路消耗的电功率为22 W答案C解析电动机为非纯电阻电路，欧姆定律对电动机不再适用灯泡L正常发光，则IL2 A，所以电路中的电流I2
12、 A，故整个电路消耗的总功率P总UI24 W，D选项错误电动机的输入功率P入P总P灯12 W，A选项错误电动机的热功率P热I2RM2 W，C选项正确电动机的输出功率为P出P入P热10 W，B选项错误9.如图5所示，电阻R120 ，电动机绕组的电阻R210 .当电键打开时，电流表的示数是0.5 A，当电键合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率应是()图5AI1.5 A BI1.5 ACP15 W DP15 W答案BD解析电路两端的电压为：UI1R10.5 A20 10 V电动机是非纯电阻用电器，UI2IR2，所以I21 A电流表的示数II1I21.5 A，A
13、错误，B正确电路消耗的电功率为PU(I1I2)15 W，C错误，D正确题组四综合应用 10如图6所示，甲、乙两电路中电源完全相同，电阻R1R2，在两电路中分别通过相同的电荷量q的过程中，下列判断正确的是()图6A电源内部产生电热较多的是乙电路BR1上产生的电热比R2上产生的电热多C电源做功较多的是甲电路D甲、乙两电路中电源做功相等答案ABD解析甲、乙两电路中电源完全相同，即电动势E与内阻r相同，电阻R1R2，根据闭合电路欧姆定律I，得出I1I2，再比较Irt1与Irt2，而I1t1I2t2，可知电源内部产生电热较多的是乙电路，A对由公式WqE可知，两电源做功相等，整个电路产生的电热相等，而甲电
14、源内部产生的电热小于乙电源内部产生的电热，所以甲图外电路产生的电热大于乙图外电路B、D对，C错11如图7所示，电源电动势E30 V，内阻r1 ，灯泡上标有“6 V12 W”字样，直流电动机线圈电阻R2 ，若灯泡恰能正常发光，求电动机输出的机械功率图7答案36 W解析因灯泡恰能正常发光，所以I A2 AU内Ir21 V2 V所以电动机两端的电压为UMEU内U30 V2 V6 V22 V电动机输出的机械功率为P机UMII2R222 W222 W36 W.12规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上
15、(1)中电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率答案(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W解析(1)排气扇在 220 V的电压下正常工作时的电流为I A0.16 A发热功率为P热I2R(0.16)240 W1 W转化为机械能的功率为P机PP热(361) W35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做功全部转化为内能，此时电动机中电流为I A5.5 A电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电P热UI2205.5 W1 210 W.13表中是一辆电动自行车说明书上的一些技术参数，根据表中提供的信息，探究以下问题：规格后轮驱动直流电
16、机车型26电动自行车额定输出功率120 W整车质量30 kg额定电压40 V最大载重120 kg额定电流3.5 A(1)在额定电压下工作时，该电机的内阻是多少？其效率为多大？(2)假设行驶过程中所受阻力是车和人总重的0.02倍，在最大载重量的情况下，人骑车行驶的最大速度为多大？(g取10 m/s2)答案(1)1.63 85.7%(2)4 m/s解析(1)由题目提供的表可知，电机的输出功率为P出120 W，额定电压为U040 V，额定电流为I03.5 A电机正常工作时输入功率为P入U0I0403.5 W140 W所以电机的效率为100%100%85.7%设电机的内阻为r，则由欧姆定律知P入P出Ir解得r1.63 (2)设车的质量为m，由题意知，行驶时所受阻力为F阻k(Mm)g当达到最大速度vmax时，应用P出F阻vmax解得vmax4 m/s.
