1、物 理 选修3-1 人教版新课标导学第二章恒定电流 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1 课前预习反馈 2 课内互动探究 3 核心素养提升 4 课内随堂达标 5 课后课时作业 课前预习反馈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、_、通电时间t三者的乘积。2表达式WqU_。3单位国际单位为_，符号为J。常用单位为千瓦时(kWh)，亦称为“度”，1度_焦耳。知识
2、点 1电功电路中的电流IUIt焦耳3.61064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_对电荷做功。从能的角度，电流做功是_转化为其他形式能的过程，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。电场力电能知识点 2电功率功1概念电流所做的_跟完成这些功所用_的比值叫做电功率。2表达式PWt _。3单位_，符号 W。时间UI瓦特4物理意义表示电流做功的_。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_，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_时消耗的电功率。为了保证用电器不被
3、损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。快慢最大功率实际工作知识点 3焦耳定律电流1焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟_的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成_。(2)表达式：Q_。2热功率(1)定义：单位时间内放出的热量。(2)表达式：PQt _。正比I2RtI2R 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、PU2R 没有任何区别，它们表达相同的意义，所示 P
4、 即是电功率。()思考辨析C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，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()API2R BPU2RCPIUDPI2RU2R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
5、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，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。课内互动探究探究一 电功和电热的比较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1
6、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 IUR不服从欧姆定律：UIR 或 IUR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WIUtI2RtU2R tWIUt电热QIUtI2RtU2R tQI2Rt电功率PIUI2RU2RPUI热功率PIUI2RU2RPI2R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
7、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。规格为“220 V 36 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。典例 1解析：(1)排气扇在 220 V 电压下正常工作电流 IPU 36220 A0.16 A，发热功率 P 热I2R0.16240 W1 W，转化为机械能的
8、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 IUR22040 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 W 1 W(2)1 210 W 1 210 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()A电路电压为20 VB
9、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%ACD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 PI2RI2MR021 W。故 B 项错误。电动机的输出功率P 机UIMI2MR019 W，故 C 项正确。电动机的总功率 PMUIM201 W20 W，则电动机的效率 P机PM192095%。故 D 项正确。探究二 串、并联电路中电功率的分析与计算用电炉烧
10、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。21串联电路功率关系各部分电路电流I相同，根据PI2R，各电阻上的电功率 与电阻成正比总功率PUIU1U2UnIP1P2Pn2并联电路功率关系各支路电压相同，根据PU2R，各支路电阻上的电功率与电 阻成反比总功率P总UIUI1I2InP1P2Pn3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。特别提醒
11、：(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。(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典例 2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，或电流是否
12、是额定电流。由 PU2R 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UAUB110V，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
13、示，则下列结论中正确的是()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。A核心素养提升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。含电动机电路的分析(2019山东师大附中第三次学分认定)如图所示为电动机提
14、升重物的装置，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？案 例解析：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tGhhP出tG 41020 m2 m。(4)这台电动机的机械效率为 P出P入100%45100%80%。答案：(1)1 W(2)5 W 4 W(3)2 m(4)80%