1、第二章直流电路第6节 焦耳定律 电路中的能量转化课标解读 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01 课前 自主梳理02 课堂 合作探究03 核心 素养提升04 课后 巩固提升课时作业一、电功和电功率1电功(1)定义：电流在一段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的_(2)公式：W_(3)单位：_，符号为_(4)实质：电流通过一段电路所做的功，实质上是电场力在这段电路中所做的功乘积UIt焦耳J 2电功率(1)定
2、义：电流做的功与做这些功所用时间的比值它在数值上等于单位时间内电流所做的功(2)公式：PWt _(3)单位：_，符号为_(4)物理意义：表示电流做功的快慢UI瓦特W 判断(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()答案：(1)(2)(3)二、焦耳定律和热功率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)表达式：Q_(3)适用范围：可求任何电路中产生的焦耳热2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
3、叫做热功率(2)公式：P热_I2RtI2RQt三、电路中的能量转化2外电路上的能量转化：通过电流做功将电源输出的_能转化为_的能，即P外_3两者之间的关系：由_定律可知PP内P外，即EII2rUI，进一步化简可得EUIr，可见_实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体表现电其他形式UI能量守恒闭合电路欧姆定律判断(1)在非纯电阻的电路中UII2R.()(2)电动机是非纯电阻用电器，所以在任何情况下，都不能将电能全部转化为内能()(3)在使用电源时，绝对不可以让电源短路，以免造成电源的损坏，甚至引起火灾()答案：(1)(2)(3)要点一 电功与电热的比较1两种电路的比较两种电路比较内容纯电阻电路非
4、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IP热I2R，UIR且UIR.(3)输入功率指电动机消耗的总功率热功率是线圈上的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者的关系UII2RP机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为12P1解析：当R1、R2并联在电压为U的电源两
5、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I4U3R2R2 UR2，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U1IR1 UR2 3R23U，故A错误；两个电阻消耗的总功率PUI4U UR2 12P1，故D正确答案：D2一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(电源内阻忽略不计)，均正常工作用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是()A电饭煲
6、的电阻为44，洗衣机电动机线圈的电阻为440 B电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC1 min内电饭煲消耗的电能为6.6104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6103 JD电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍解析：由于电饭煲是纯电阻用电器，所以R1UI144，P1UI11 100 W，其在1 min内消耗的电能W1UI1t6.6104 J，洗衣机为非纯电阻用电器，所以R2 UI2 440，P2UI2110 W，其在1 min内消耗的电能W2UI2t6.6103 J，其热功率P热P2，而P110P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的
7、10倍，只有选项C正确答案：C(1)WUIt是电功的定义式，适用于任何电路而IUR只适用于纯电阻电路；(2)在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，即UII2R，QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热要点二 有关电源的功率和效率1各部分功率关系分析由EItI2RtI2rt知，EII2RI2r其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率2电源的最大输出功率讨论当外电路为纯电阻电路时讨论如下：(1)电源的输出功率P出I2RE2（Rr）2 RE2R（Rr）24RrE2（Rr）2R4r，由此可知当Rr时，电源有最大输出功率
8、P出maxE24r.(2)P出对外电阻R的函数关系图像图像如图所示，从图看出当Rr时，若R增大，P出减小对一个确定的电源，除Rr外，外电阻有两个值对应的输出功率相等，即(ER1r)2R1(ER2r)2R2，化简后得到这两个阻值的关系为R1R2r2.(3)P出对电流I的函数关系及图像P出EII2rr(I E2r)2 E24r，图像如图所示，由图像可知对于同一电源，当输出电流增大(或减小)时，电源的输出功率不一定增大(或减小)(4)电源的效率P外P IU外IE U外E IRI（Rr）RRr11rR，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特别提醒(
9、1)要注意电源的最大输出功率与某一个定值电阻消耗功率最大的区别，定值电阻消耗功率最大是当通过它的电流最大的时候(2)判断可变电阻的功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻均看做内阻例2 电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为15，定值电阻R03.(1)当R为何值时，R0消耗的功率最大，最大值为多少？(2)当R为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？思路点拨 求解本题应把握以下三点：(1)由UI图像求电源的电动势和内阻(2)电路中的电流最大时，R0消耗的功率最大(3)利用电源有最大输出功率的条件，求电源的最大输出功率解析(1)由题干乙图
10、知电源的电动势和内阻为E20 V，r7.5.由题图甲分析知道，当R0时，R0消耗的功率最大，最大为P(ER0r)2R0(2037.5)23 W10.9 W.(2)当rRR0，即R4.5 时，电源的输出功率最大，最大值为P(ER0Rr)2(R0R)(2034.57.5)2(34.5)W13.3 W.答案(1)0 10.9 W(2)4.5 13.3 W(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流一定最大(2)求可变电阻消耗的最大功率时，可将固定电阻等效为电源内阻处理(3)不要死记电路中内、外电阻相等时电源有最大输出功率的条件，由于题目条件的限制，不一定存在这个状态，由电源的输出功率随R的变化图线可知，外
11、电路阻值越接近内电阻时，电源的输出功率越大1电源的效率为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比，如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线，直线C为电阻R两端的电压与电流的关系图线，将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么()AR接到电源a上，电源的效率较低BR接到电源b上，电源的输出功率较大CR接到电源a上，电源的输出功率较大，电源效率较高DR接到电源b上，电源的输出功率较小，电源效率较高解析：电源的效率 UIEI UE，由题中图像可知两电源的电动势相同，A与C交点处电压大于B与C交点处电压，则R接到电源a上效率较高；电源输出功率PUI，由题
12、中图像易得R接到电源a上输出功率较大，A、B、D错误，C正确答案：C2如图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：(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IRURR 5010 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I2Mr20 W电动机输出的机械功率P出P入P热530 W.
13、答案：(1)5 A(2)550 W(3)530 W电动机的功率电动机的总功率(输入功率)：P入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：P出P入UII2rUI1IrU.说明：注意区分电动机的几种功率，从能量守恒角度去分析和考虑电动机问题串、并联电路中电功率的分析与计算对于由纯电阻组成的串联和并联电路，相关电功率的分析如下：串联电路并联电路功率与电阻的关系通过各电阻的电流I相同，根据PI2R，P与R成正比各电阻两端的电压U相同，根据PU2R，P与R成反比总功率P总U总I(U1U2U3)IP1P2P3P总UI总U(I1I2I3)P1P2P3结论无论是
14、串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和特别提醒求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要根据串、并联电路的特点，确定是正比关系还是反比关系典例 现有标有“110 V 40 W”字样的灯泡L1和标有“110 V 100 W”字样的灯泡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()思路点拨 最合理的电路需要满足两个条件：(1)两灯泡均能正常发光；(2)电路消耗功率最小解析 L1(110 V 40 W)和L2(110 V 100 W)的额定电压相同，由PU2R 可知R1R2，由串
15、、并联电路电流和电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光；B、C中L1、L2都能同时正常发光，但B中P总2(P1P2)，C中P总2P2，故选C.答案 C素养提升练1如图甲、乙所示的电路中，灯泡均相同，调节变阻器使小灯泡正常发光甲、乙两电路所消耗的总功率分别用P甲和P乙表示，则下列说法中正确的是()AP甲P乙 BP甲3P乙CP乙3P甲DP乙3P甲解析：设每个灯泡正常工作时的电流为I，则甲图中电路的总电流为3I，P甲12 V3I36 VI，乙图中电路的总电流为I，P乙12 VI，故有P甲3P乙，B正确答案：B2.如图所示，电阻R1R3，R2R4，R1R2，在A、B两端接上电源后，各电阻消
16、耗的功率依次为P1、P2、P3、P4，则()AP2P1P3P4BP2P1P4P3CP1P2P3P4DP1P2P3P4解析：设流过R1、R2、R3、R4的电流分别为I1、I2、I3、I4，则I1I2I3I4，故P1I21R1I22R2P2，P1I21R1I23R3P3，即P2P1P3；又因为R3R4，所以P3U2R3U2R4P4，即P2P1P3P4.综上本题答案选A.答案：A随堂训练1(多选)下列关于电功、电功率、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BWUIt适用于任何电路，而WI2RtU2R t只适用于纯电阻电路C在不是纯电阻的电路中，UII2RD
17、焦耳热QI2Rt适用于任何电路解析：电功率公式P Wt，功率越大，表示电流做功越快对于一段电路，有PUI，IPU，焦耳热Q(PU)2Rt，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 UR 只适用于纯电阻电路，B对在不是纯电阻的电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，即UII2R，C正确QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D正确所以B、C、D对，A错误答案：BCD2电功率的计算公式P U2R 中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，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
18、率D计算洗衣机的功率解析：公式PU2R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错误答案：C3如图所示，有一内阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V 60 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()A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解析：灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且流过电解槽的电流II灯 60110 A 611 A，则电解槽消耗的电功率PIUP灯60 W，选项A错误，B正确；电解槽的发热功率P热I2r1.3 W，选项C错误；电路消耗的总功率P总IU总 611220 W120 W，选项D错误答案：B4微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作求：(1)它的额定输入功率；(2)工作时由导线发热损失的功率；(3)它的输出功率解析：电动机正常工作时是非纯电阻电路(1)额定输入功率P额UI2.00.8 W1.6 W.(2)电动机热功率P热I2R0.821 W0.64 W.(3)根据能量的转化与守恒，电动机的输出功率P出P额P热0.96 W.答案：(1)1.6 W(2)0.64 W(3)0.96 W课时作业