1、第3节焦耳定律学习目标1.知道电功的概念，掌握电功和电功率的计算。(物理观念)2.知道焦耳定律，会根据焦耳定律计算用电器产生的电热。(科学思维)3.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的差别，会结合实际，区分电功和电热。(科学思维)一、电能电功和电功率的比较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，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，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。2公式：QI2Rt。3单位：焦耳，简称焦，符号J。三、身边的电
2、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。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UIt
3、I2Rt。()提示只有纯电阻电路中WQ。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任何电路的热功以及焦耳热的求解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；在非纯电阻电路中的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
4、 ()A11B21C41 D81D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电热和热功率(1)电热的计算公式为QI2Rt。(
5、2)热功率的计算公式为P热I2R。4电功和电热的比较电功电热实质电场力对自由电荷做的功由于电流的热效应，电流通过导体发热计算公式WqUUItQI2Rt联系与区别纯电阻电路中，电功等于电热，即WQ在非纯电阻电路中，电功大于电热，即WQ电功率与热功率纯电阻电路中，电功率等于热功率，即PUII2R非纯电阻电路中，电功率大于热功率，即UII2R【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
6、功率为120 W思路点拨：流过电动机和灯泡的电流相等。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.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，
7、此时充电宝相当于可充电的电池，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
8、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
9、中。请问：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(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 min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)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.
10、5 (2)1.5 W(3)120 J(4)75%若上例中用此电机竖直吊起质量为m0.1 kg的物体，则其正常工作时物体匀速上升的速度是多大？(取g10 m/s2)解析由例题可知，该电机正常工作时，输出功率P机1.5 W。由P机mgv可知v m/s1.5 m/s。答案1.5 m/s电动机电路的分析与计算2一台小型电动机在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
11、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 课 堂 小 结知 识 脉 络4个概念电功、电功率、电热、热功率4个公式WIUt、PIU、QI2Rt、P热I2R2个电路纯电阻电路和非纯电阻电路1下列家用电器在工作时，主要利用电流热效应的是()A电熨斗B电冰箱C吸尘器 D电风扇A电熨斗是利用了电流的热效应来产生热量的，故A正确。
12、电冰箱利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，故B错误。吸尘器工作时，主要将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应，选项C错误。电风扇主要是把电能转化为机械能，是利用了电流的磁效应，故D错误。2(多选)甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，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变化而变化，A错误，B、D正确；由R可知C正确。3利用超
13、导材料零电阻的性质，可以实现无损耗输电。现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 ，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V。如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A1 kW B1.6103 kWC1.6103 kW D10 kWA节约的电功率为原来输电线消耗的功率，由焦耳定律有PI2R。根据输电线提供给用电器的功率和电压可知输电线中的电流I满足P0UI，由以上两式有PR0.4 W1 000 W。选项A正确。4某商场安装了一台倾角为30的自动扶梯，该扶梯在电压为380 V的电动机带动下以0.4 m/s的恒定速度向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9 kW。不载人时测得电动机中的电流为5 A，若载人时扶梯的移动速度和不载人时的移动速度相同，则这台自动扶梯可同时承载的最多人数为多少？(设每个人的平均质量为60 kg，g取10 m/s2)解析设可同时乘载的最多人数为n，此时电动机处于最大输出功率状态。该状态下，扶梯自身移动所需功率为P1IU5380 W1 900 W1.9 kW，n个人以恒定速度v0.4 m/s向上移动所需功率为P2P出P1(4.91.9)kW3.0 kW，所以n25(人)。答案25人
