1、第3节电功与电热学习目标：1.物理观念知道电功与电功率的概念，了解电热、热功率，知道焦耳定律，并能解释有关纯电阻电路和非纯电阻电路的问题。2.科学思维理解焦耳定律并会用QI2Rt计算电热，能够对纯电阻电路和非纯电阻电路进行电功与电热的计算，提高解题能力。3.科学探究能从能量守恒的角度探究电路中的能量转化关系，学会与他人交流合作，提高实验探究能力。4.科学态度与责任了解科学技术与社会环境的关系，体会电能的使用对人类生活和发展的影响，培养自觉保护环境的行为习惯。一、电功和电功率电功电功率概念电场力对定向移动的自由电荷所做的功单位时间内电流所做的功公式WqUUItPUI单位焦耳，符号J瓦特，简称瓦，
2、符号W物理意义描述电能转化为其他形式的能的多少描述电流做功的快慢说明：计算电功率的普遍公式P(比值定义法)和PUI，对于纯电阻电路，计算电功率还可以用公式PI2R和P。二、焦耳定律1内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比。2公式：QI2Rt。3单位：焦耳，简称焦，符号J。注意：对于纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电热都用QI2Rt。三、身边的电热1电热水器、电饭锅等家用电器是利用了电流的热效应，其电阻丝都是由电阻率较大的材料制成的。2电焊是在焊接的金属接触面上通过电流，利用接触电阻产生的热量得到适合焊接的高温，从而对接触面进行焊接的一种方法。3插头和插座
3、之间、电线连接处如果接触不良，都会产生大电阻，容易发热，甚至迸出火花。4电视机和显示器的后盖有很多孔，计算机的CPU要安装散热片及风扇，都是为了散热。说明：当利用电热时，使用电阻大的；当减少电热时，则使电阻R减小。1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)千瓦时(kWh)是电功的常用单位。1 kWh3.6106 J。()(2)电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能。()(3)电功率越大，电流做功一定越快。()(4)任何电路都有WQ，即UItI2Rt。()2(多选)对电功及焦耳定律公式的理解正确的是()A焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解B电功公式WUIt、焦耳定律公式QI2Rt都适合于
4、任何电路，因此W不一定等于QC非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热D电功的另一表达式Wt适用于任何电路AB任何电路的热功率以及焦耳热都可用焦耳定律求解，A正确；B选项中的两个公式均适合于任何电路，但W不一定等于Q，B正确；在非纯电阻电路中，电功一定大于焦耳热，C错误；Wt只适用于纯电阻电路，D错误。3在直流电路中，两个电阻的阻值之比R1R221，通过的电流之比I1I221，则在相等时间内两个电阻产生的热量之比Q1Q2为()A11B21C41D81D已知两个电阻的阻值之比是21，通过的电流之比是21，则相等时间内产生的热量之比，故D正确。电功和电功率电热和热功率如图所示，已知电路两端的电势差为U，
5、电路中的电流为I，在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？提示：由电流的定义式可得通过某截面的电荷量为qIt，根据静电力做功的公式WqU可得WIUt。1对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。(3)电功WUItqU对任何电路都适用。2对电功率的理解(1)电功率PUI对任何电路都适用。(2)额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。3电热
6、和热功率(1)电热的计算公式为QI2Rt。(2)热功率的计算公式为P热I2R。【例1】(多选)有一内阻为4.4 的直流电动机和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则()A直流电动机消耗的电功率为120 WB直流电动机的发热功率为60 WC直流电动机消耗的电功率为60 WD电路消耗的总功率为120 W思路点拨：(1)流过电动机和灯泡的电流相等。(2)根据公式PUI和PI2r计算电功率和热功率。CD“灯泡正常发光”说明灯泡的实际电压为110 V，电流I A A，电动机两端的电压为110 V，电动机消耗的电功率为110 V A60 W，选项A错
7、误，C正确；直流电动机的发热功率为4.4 W1.3 W，选项B错误；电路消耗的总功率为220 W120 W，选项D正确。四个电学公式的适用范围(1)电功WUItqU普遍适用。(2)I为电流的定义式，普遍适用。(3)I只适用于纯电阻电路。(4)电热QI2Rt普遍适用。1一台电动机额定电压是220 V，电阻是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()A48 400 WB1 100 WC220 WD25 WD电动机因发热损失的功率PI2R521 W25 W，故D正确。2.在现代生活中，充电宝是手机一族出行的必备品。当充电宝电量不足时，需要给充电宝充电，此时充电宝相当于可充电的
8、电池，充电过程可简化为如图所示电路。先给一充电宝充电，充电电压为5 V，充电电流为1 000 mA，充电宝的内阻为0.2 。试求：(1)充电宝的输入功率；(2)充电宝内阻消耗的热功率；(3)一分钟内充电宝储存的电能。解析(1)充电宝的输入功率为P入UI51 000103 W5 W。(2)充电宝内阻消耗的热功率为P热I2r120.2 W0.2 W。(3)一分钟内充电宝储存的电能为QP入tP热t560 J0.260 J288 J。答案(1)5 W(2)0.2 W(3)288 J纯电阻电路和非纯电阻电路电风扇接上电源后，电风扇转动起来，电风扇消耗的电功率与机械功率和热功率关系怎样？是纯电阻电路还是非
9、纯电阻电路？提示：电功率等于机械功率和热功率之和，是非纯电阻电路。1纯电阻电路与非纯电阻电路(1)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。(2)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，电流做的功将电能除了转化为内能外，还有大部分转化为机械能或化学能。2纯电阻电路和非纯电阻电路的比较项目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WQ即IUtI2RttWQE其他UItI2RtE其他电功率和热功率的关系PP热即IUI2RPP热P其他即IUI2RP其他欧姆定律是否成立UIR，I成立UIR，I不成立【例2】小明准备参加玩具赛车比赛，他想通
10、过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。电动机的电压/V电动机工作状态通过电动机的电流/A0.2不转动0.42.0正常转动1.0请问：(1)这只电动机线圈的电阻为多少？(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？(4)该玩具电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率是多少？思路点拨：解析(1)电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得R 0.5 。(2)当电动机正常工作时P机UII2R(21120.5) W1.5 W。(3
11、)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能EUIt2160 J120 J。(4)电能转化为机械能的效率100%100%75%。答案(1)0.5 (2)1.5 W(3)120 J(4)75%电动机电路的分析与计算3标有“220 V40 W”的日光灯、电扇、电烙铁都正常工作5 min，它们产生的热量 ()A一样多 B日光灯最多C电扇最多 D电烙铁最多D日光灯、电扇、电烙铁三者的电功相同，但电扇和日光灯都是非纯电阻电器，电功大于电热，而电烙铁是纯电阻电器，电功等于电热，D正确。4一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升重力为4 N的物体时，通过电动机的电流是0.2 A，在30 s内可将该物
12、体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：(1)电动机的输入功率；(2)在开始提升物体后的30 s内，电动机线圈所产生的热量；(3)线圈的电阻。解析(1)电动机的输入功率P入IU0.23 W0.6 W。(2)电动机提升物体的机械功率P机FvG4 W0.4 W由能量守恒定律得P入P机P热故P热P入P机(0.60.4) W0.2 W所以电动机线圈产生的热量QP热t0.230 J6 J。(3)根据焦耳定律QI2Rt可得线圈电阻R 5 。答案(1)0.6 W(2)6 J(3)5 1物理观念：电功、电功率、热功率、焦耳定律QI2Rt。2科学思维：纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功率、热功
13、率及QI2Rt的理解与计算。3科学方法：实验法、比较法、计算法等。1电功率的表达式有三个，PUI、PI2R、P，下列对这三个表达式的认识正确的是()APUI适合于纯电阻电路电功率的计算，对于非纯电阻电路不适用BPI2R适合于一切电路的热功率的计算CP适合于一切电路电功率和热功率的计算D三个公式各自的适用条件与电路的连接方式有关B电路可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，PUI对两种电路都适用，A错误；PI2R适用于任何电路的热功率的计算，B正确；P只适用于纯电阻电路的电功率和热功率的计算，C错误；PUI、PI2R、P的适用条件与电路的连接方式无关，D错误。2(多选)甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所
14、示，下列说法正确的是()A甲灯的实际功率一定总是40 WB将乙灯接入110 V电路中，它的额定功率仍为60 WC两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较大D两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少BCD灯泡的铭牌上标记的是额定电压和额定功率，当工作电压不是220 V时，灯泡的实际功率不再是额定功率，但额定功率不会随电压的变化而变化，A错误，B、D正确；由R可知C正确。3小芳家正在使用的电器有电灯、洗衣机、电冰箱，小芳从家里的总电能表中测得，在时间t内消耗的电能为W。设小芳家的供电电压为U，总电流为I，上述电器的总电阻为R，总功率为P。下列关系式正确的是()APBWI2RtCIDPD由于洗衣机是非纯电阻电器
15、，欧姆定律不成立，所以关系式P、I不成立，故A、C项错误；公式WI2Rt只能用来求电热，不能用来求消耗的电能，故B错误；公式P普遍适用，故D正确。4如图所示为一未知电路，现测得两个端点a、b之间的电阻为R，若在a、b之间加上电压U，测得通过电路的电流为I，则该未知电路的电功率一定为()AUIB.CI2RDUII2RA该未知电路两端的电压是U，通过的电流是I，该未知电路的电功率一定是UI，选项A正确，D错误；未知电路可能不是纯电阻电路，选项B、C错误。5.扫地机器人是智能家用电器的一种，正逐渐进入我们的生活。如图所示是一款集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人，已知其质量为3 kg，它与地面的有效接触面积为0.01 m2。问题：若该机器人工作时功率为75 W，在10 s内沿直线匀速清扫的距离为5 m。(g取10 N/kg)扫地机器人在工作时，将什么能转化为什么能？机器人做的功是多少？解析扫地机器人在工作时，将电能转化为机械能。机器人在10 s内所做的功WPt75 W10 s750 J。答案见解析