1、6焦耳定律电路中的能量转化学习目标1.物理观念掌握电功、电功率、电热、电热功率等基本概念2.科学思维理解焦耳定律，并能进行有关计算3.物理观念理解电功和电热的关系，能从能量转化和守恒的角度区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热4.物理观念知道电源的总功率、电路的输出功率、电源内阻消耗功率的概念并明确它们之间的关系一、电功电功率1电功 (1)定义：电场力移动电荷所做的功(2)大小：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(3)公式：WUIt.(4)国际单位：焦耳，符号J.(5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，表明就有多少电能转化为其他
2、形式的能即电功是电能转化为其他形式的能的量度2电功率 (1)定义：电流所做的功与做这些功所用时间的比值，即单位时间内电流所做的功(2)公式：PUI.(3)国际单位：瓦特，符号：W.(4)大小：一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压和电路中电流I的乘积(5)意义：表示电流做功的快慢二、焦耳定律热功率1焦耳定律(1)内容：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(2)公式：QI2Rt.2焦耳热电流通过电阻而产生的热量3热功率(1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值即单位时间内电阻通电所产生的热量(2)公式：P热I2R.4焦耳热的应用与危害
3、(1)应用：利用电流的热效应来加热、烘干物体，如电烙铁、电烤箱、电暖气、电炉、电饭锅、电熨斗等(2)危害：减少用电器的使用寿命烧坏用电器甚至引起火灾三、电路中的能量转化1电源内部的能量转化在电源内部，通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能2电路中的能量转化(1)纯电阻电路中：P电P热(2)在非纯电阻电路中：P电P热P其它3闭合电路的功率分析 (1)公式表达：由闭合电路欧姆定律可得IEIUI2r.(2)物理意义：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)电流做功越多，电功率越大()(2)电流做功的过
4、程实质上是静电力做功的过程()(3)焦耳定律的表达式为QI2Rt，此式适用于任何电路()(4)三个公式PUI、PI2R、P没有任何区别，它们表达相同的意义，所有P都是电功率()(5)电源的输出功率随外电阻R的增大而增大()2(多选)关于功率的三个公式PUI，PI2R，P的适用范围，以下说法正确的是()A第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率B在纯电阻电路中，三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率C在非纯电阻电路中，第一个公式可用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义D由UIR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P既是电功率，也是热功率BC在
5、纯电阻电路电功率等于热功率，即PUII2R；在非纯电阻电路中电功率大于热功率，即P电UIP热I2R，而P无实际意义，故B、C正确，A、D错误3.(多选)如图，a表示某电源路端电压随电流变化的图线，b表示外电阻两端电压随电流变化的图线，下列判断正确的是()A阴影部分的面积表示电源内阻上消耗的功率B阴影部分的面积表示电源的输出功率C当时，电源的输出功率最大D当时，电源的效率最高 BC阴影部分的面积表示外电阻消耗的功率或电源的输出功率，A错误，B正确；当时说明外电阻的阻值R与电源内阻r相等，此时电源的输出功率最大，此时效率为50%，故C正确，D错误串、并联电路中的电功率的分析与计算1.串联电路功率关
6、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【例1】现有标有“110 V 40 W”的灯泡L1和标有“110 V 100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 的滑动变阻器R，将它们接在220 V的电路中，在如图所示的几种接法中，最合理的是()ABCD思路点拨：在该电路中，既要保证两灯泡都正常发光，又要保证消耗的功率最小运用排除法，先判断哪些电路不能正常发光，在正常发光情况下，抓住整个电路消耗的功率等于各个用电器消耗的功率之和求出总功率，寻找功率最小的电路CL1(110 V40 W)和L2(110 V100 W)的额定电压相同，由P可知R1R
7、2，由串、并联电路电流、电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光；虽然B、C都能使L1、L2同时正常发光，但B中P总2(P1P2)，C中P总2P2，故选项C正确(1)额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率，也是用电器两端电压为额定电压(或通过的电流为额定电流)时消耗的电功率用电器铭牌上所标的功率即为额定功率(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跟进训练训练角度1对电功和电功率的理解1(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWIUt适用于任何电路，而WI
8、2Rtt只适用于纯电阻电路C在非纯电阻电路中，IUI2RD焦耳热QI2Rt适用于任何电路BCD电功率公式P，功率越大，表示电流做功越快对于一段电路，有PIU，I，焦耳热QRt，可见Q与P、U、t都有关所以，P越大，Q不一定越大，A不对WUIt是电功的定义式，适用于任何电路而I只适用于纯电阻电路，B对在不是纯电阻的电路中，电流做的功等于焦耳热与其他形式的能之和，所以WQ，即UII2R，C对QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D对训练角度2串、并联电路中功率的计算2.R1和R2分别标有“2 ，1.0 A”和“4 ，0.5 A”，将它们串联后接入电路中，如图所示，则此电路中允许
9、消耗的最大功率为()A1.5 W B3.0 W C5.0 W D6.0 WA把R1和R2串联后，由于R2的最大电流较小，所以串联后的最大电流为0.5 A，串联后的总电阻为6 ，所以电路的最大功率为PI2R0.526 W1.5 W，所以A正确电功与电热的比较1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器是否服从欧姆定律遵从欧姆定律I不遵从欧姆定律，UIR或I能量转化电功、电功率WUItI2Rtt PUII2RWUIt PUI电热、电热功率QUItI2Rtt P热UII2RQI2Rt P热I2
10、R关系WQPP热WQPP热2.对电动机电路的分析电动机的功率：电动机的总功率(输入功率)：P总UI.电动机的热功率：P热I2r.电动机的输出功率(机械功率)：P出UII2r.电动机的效率：100%100%100%.【例2】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，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率思路点拨：发热功率为P热I2R.转化为机械能的功率为：P机P电P热电动机不转动时，可视为纯电阻解析：(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I2
11、R0.16240 W1 W转化为机械能的功率P机PP热(361) W35W.(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 210 W解答有关电动机问题时注意(1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，PUII2R均成立(2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路P电UIP热I2R，UIR而有UIR.(3)输入功率指电动机消耗的总功率热功率是线圈电阻的发热功率输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率三
12、者的关系：UII2RP机跟进训练训练角度1焦耳定律的应用1通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流为时，则在时间t内产生的热量为()A4QB2Q C DCQI2Rt，Q2RtI2Rt，C项正确训练角度2非纯电阻电路的分析及相关计算2.在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路，当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和2.0 V重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V则这台电动机正常运转时输出功率为()A32 WB44 WC47 WD18 WA当电动机停止转动时，由题得电动机的电阻
13、：R 4 ；当电动机正常转动时，电动机的总功率：PU1I124 V2 A48 W，电动机的发热功率：PRIR(2 A)24 16 W；电动机正常运转时的输出功率是：P输出PPR48 W16 W32 W故选A.闭合电路中的功率和效率1电源的各部分功率(1)电源的总功率：P总IE.(2)电源的输出功率：P出IU.(3)电源内部的发热功率：P内I2r.(4)三者关系：P总P出P内2纯电阻电路中输出功率与外电阻的关系P出I2RR.(1)当Rr时，电源有最大输出功率P出max.(2)输出功率P出与外电阻R的图像分析当Rr时，输出功率最大，P出max.当Rr时，若R增大，则P出减小除Rr外，图像上总有两点
14、输出功率P出相等，如图中R1与R2，则有：R1R2整理得：R1R2r2.3电源的效率，可见，外电阻R越大，电源的效率越高，当电源有最大输出功率时，50%，此时电源的效率并不最高【例3】如图所示，已知电源电动势为6 V，内阻为1 ，保护电阻R00.5 ，求：当电阻箱R读数为多少时，保护电阻R0消耗的电功率最大，并求这个最大值思路点拨：R0为定值电阻，其功率P0I2R0，欲使P0最大，需使I最大解析：保护电阻消耗的功率为P0，因R0和r是常量，而R是变量，所以R最小时，P0最大，即R0时，P0max W8 W.答案：8 W1例题中条件不变，求当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R消耗的功率PR最大，并求
15、这个最大值解析：这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起，据以上结论，当RR0r即R(10.5)1.5 时，PRmax W6 W.答案：1.5 6 W2在例题中，若电阻箱R的最大值为3 ，R05 ，求：当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R的功率最大，并求这个最大值解析：把R05 当作电源内阻的一部分，则等效电源内阻r等为6 ，而电阻箱R的最大值为3 ，小于6 ，PR，则不能满足Rr等，当电阻箱R的电阻取3 时，R消耗功率最大，最大值为PR W.答案：3 W3例题中条件不变，求电源的最大输出功率解析：由电功率公式P出R外，当R外r时，P出最大，即RrR00.5 时，P出max W9 W.答案：9 W
16、在串联的纯电阻电路中(1)当变阻器阻值为零时，定值电阻的功率最大(2)在可变电阻阻值等于等效电源内阻时，可变电阻功率最大，若二者不可能相等，则是在二者最接近时，可变电阻的功率最大1物理观念电功WIUt、电功率PUI；焦耳热QI2Rt、热功率PI2R；电源的总功率P总IE，输出功率P出IU，内阻消耗功率P内I2r.内外电路能量关系：EItUItI2rt.内外电路功率关系：EIUII2r.纯电阻电路：UItI2Rtt.UII2R.非纯电阻电路：UItI2Rt，UII2R.2科学思维串、并联闭合电路中电功、电功率、电热、效率的分析、比较和计算1电功率的计算公式P中，U是加在用电器上的电压，R是用电器
17、的电阻，此式可用于()A计算电冰箱的功率B计算电风扇的功率C计算电烙铁的功率D计算洗衣机的功率C公式P是根据功率公式和欧姆定律推导出来的，只能用在纯电阻电路中，故C正确，A、B、D错误2.(多选)如图所示电路，灯L1标有“24 V16 W”，灯L2标有“12 V16 W”，两灯串联后接在电压为U的电路中，要保证两灯不损坏，则()A两灯实际功率之比为41B电压U的最大值为30 VC灯L1两端电压与总电压U之比为23DU36 V时，灯L1、L2均正常发光ABIL1 AA，RL1 36 IL2 A A，RL2 9 由串联电路特点可知PL1PL2RL1RL241，A项正确；UmUL1UL224 V9
18、V30 V，B项正确；UL1URL1(RL1RL2)45，故C项错误；当U36 V时UL1U28.8 V24 V，L1灯已烧坏，D项错误3.(多选)如图所示，直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图像，设两个电源的内阻分别为ra和rb，若将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上，通过R0的电流分别为Ia和Ib，则()ArarbBIaIbCR0接到a电源上，电源的效率较低DR0接到b电源上，电源的效率也较低ABC路端电压与电流的关系图像中，由UEIr可知图像与纵坐标的交点为电源电动势，图线的斜率的绝对值表示电源内阻，由此可知A的电动势较大，内阻也较大，选项A正确；如果画出电阻R0的路端电
19、压和电流的关系图像，与A的UI图交点对应的电流较大，由此可知IaIb，选项B正确；由效率公式，可知内电阻越大电源效率越低，由此可知A的效率较低，选项C正确，选项D错误；故选A、B、C.4.如图是家用电饭煲的电路图将电饭煲接到稳压电源上，当开关接通“加热”挡时，电热丝以额定功率给食物加热，当食物蒸熟后，开关接通“保温”挡，给食物保温，这时电热丝的功率为其额定功率的，电流为1.40 A，已知分压电阻的阻值是R100 .求：(1)保温时，电阻R两端的电压；(2)稳压电源输出的电压；(3)电热丝的额定功率解析：(1)电阻R两端的电压为URIR1.40100 V140 V.(2)设电热丝的电阻为r，电源输出电压为U，则r解得：r50 .所以电源电压为UI(Rr)1.40(10050) V210 V.(3)电热丝的额定功率为P W882 W.答案：(1)140 V(2)210 V(3)882 W
