高中物理(选修3-1)2.5.焦耳定律人教版课件

退出目录5焦耳定律退出目录课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.能说出电功、电功率的概念,会用其计算公式。2.能够从能量角度去理解纯电阻电路和非纯电阻电路。3.搞清电功率和热功率的区别和联系。重点:各种电路电功、电功率的计算。难点:1.对纯电阻电路和非纯电阻电路的理解。2.电功率和热功率的区别和联系。退出目录预习导引1.电功(1)实质导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功,把电能转化为其他形式的能。(2)表达式W=UIt。预习交流1电功的常用单位还有千瓦时,说明其物理含义,并计算1千瓦时等于多少焦。答案:1千瓦时表示功率为1千瓦的用电器在1小时内所消耗的电能。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J。退出目录2.电功率(1)物理意义:表示电流做功快慢的物理量。(2)定义:单位时间内电流所做的功。(3)公式及单位:P=𝑊𝑡=UI,其单位为瓦特,符号为W。预习交流2电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同,各用什么物理量表示呢?答案:电流做功快,但做功不一定多;电流做功慢,但做功不一定少,电流做功的快慢用电功率表示,电流做功的多少用电功表示。电流做功的快慢与做功的时间和做功的多少有关。退出目录3.焦耳定律(1)焦耳定律:电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比,这一规律叫做焦耳定律。公式表示为Q=I2Rt。(2)热功率:单位时间内的发热量通常称为热功率,计算公式为P=I2R。(3)纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为内能。(4)非纯电阻电路:像含有电动机或电解槽等非纯电阻用电器的电路被称为非纯电阻电路,在非纯电阻电路中,电流做的功除了将电能转化为内能外,还转化为机械能或化学能等其他形式的能量。预习交流3生活中电热的利用主要有哪些实例?答案:电热水器、电饭锅、电烤箱、电焊等。退出目录课堂合作探究问题导学一、电功和电热活动与探究11.节能灯日益普及,逐渐取代普通灯,节能灯到底从哪里节约能量呢?答案:普通白炽灯泡的发光原理是灯丝通电后发光、发热,而转化成光能的是很少一部分能量,大部分能量都转化成了内能,可见普通灯泡的发光效率极低。而节能灯利用灯管内的气体放电产生的射线激发灯管内壁上的荧光粉发光,转化成内能的是很少一部分,可见发光效率高,起到了节能的作用。退出目录2.电功的实质是什么?设在一段电路中只有纯电阻元件,其电阻为R,通过的电流为I,试以此为模型探究焦耳定律的表达式。试推导电热功率的表达式。答案:电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程,电流做了多少功,表明有多少电能转化为其他形式的能。在转化过程中,能量守恒,所以电功实质上是能量转化与守恒定律在电路中的具体体现。由欧姆定律U=IR,在t时间内电流做的功为W=IUt=I2Rt。电路为纯电阻电路,W=Q。即Q=I2Rt,此式为焦耳定律的表达式。P=𝑄𝑡=𝐼2Rt𝑡=I2R。退出目录迁移与应用1下列关于电功W和电热Q的说法正确的是()A.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,且W=QB.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,但W不一定等于QC.W=UIt、Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D.W=UIt在任何电路中都成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中才成立答案:B解析:W=UIt、Q=I2Rt适用于一切电路,但在纯电阻电路中W=Q,在非纯电阻电路中WQ,选项B正确,选项A、C、D错误。退出目录电功与电热的区别与联系1.区别电功是指输入某段电路的全部电能或这段电路上消耗的全部电能:W=UIt。电热是指在这段电路上因发热而消耗的电能:Q=I2Rt。2.联系从能量转化的角度分析,电功与电热的数量关系为:W≥Q,即UIt≥I2Rt。退出目录(1)在纯电阻电路中,电流做功,电能全部转化为电热,即电功等于电热,W=Q。因此公式UIt、I2Rt、𝑈2𝑅t既可计算电功,也可计算电热。(2)在非纯电阻电路中,电流做功除了一部分电能转化为电热外,还有一部分转化为机械能等其他形式的能,此时有WQ,即UItI2Rt。因此在非纯电阻电路中,只能用UIt计算电功,用I2Rt计算电热,𝑈2𝑅t无意义。退出目录二、纯电阻电路与非纯电阻电路活动与探究2怎样区分纯电阻电路和非纯电阻电路?这两种电路中电功与电热有怎样的关系?讨论在非纯电阻电路中如何计算电功率与电热功率?答案:(1)电路中只含有电阻元件的电路为纯电阻电路,如白炽灯、电炉等。电路中除含有电阻元件之外,还含有电动机、电解槽、电容器等产生其他能量的元件的电路为非纯电阻电路。(2)在纯电阻电路中,电流做功全部转化为电热,即W=Q。在非纯电阻电路中,电流做的功除一部分转化为电热之外,大部分转化为其他形式的能,即W=Q+E其他,此时WQ。P电=UI,P热=I2R,在非纯电阻电路中,由于有其他形式的能出现,所以P电=P热+P其他,此时P电P热。退出目录迁移与应用2如图所示为电动机提升重物的装置,电动机线圈的电阻为r=1Ω,电动机两端电压为5V,电路中的电流为1A,物体A重20N。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)10s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?答案:(1)1W(2)5W4W(3)2m(4)80%退出目录解析: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=I2r=1W。(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=UI=5×1W=5W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=5W-1W=4W。退出目录(3)设物体A的重力为G,t=10s内物体上升的高度为h,根据能量守恒定律得P出t=Ghh=𝑃出t𝐺=4×1020m=2m。(4)这台电动机的机械效率为η=𝑃出𝑃入×100%=45×100%=80%。退出目录1.电动机不转时,线圈可视为纯电阻电路,有P电=P热,而电动机转动时为非纯电阻电路,P电=P机+P热,要分清两种情况下的能量转化情况。2.在非纯电阻电路中I=𝑈𝑅不成立,此时UIR,此类问题要从能量转化角度把握电压的分配,确定电能的转化方向和具体表现形式(电热、机械能、化学能、磁场能等)。3.纯电阻电路中的电功率(1)只含有纯电阻的串联电路中,电流I相同,由P=I2R可知电功率跟电阻成正比。(2)只含有纯电阻的并联电路中,电压U相同,由P=𝑈2𝑅可知电功率跟电阻成反比。(3)无论是串联电路还是并联电路,纯电阻电路消耗的总功率都等于各电阻消耗的功率之和。退出目录当堂检测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𝐼2时,则在时间t内产生的热量为()A.4QB.2QC.𝑄2D.𝑄4答案:C解析:由电热公式Q=I2Rt可得Q'=(𝐼2)2·2R·t=12I2Rt=12Q。退出目录2.下列说法正确的是()A.家庭生活中,常说的“1度”电,指的是电功率的单位B.功率是1千瓦的空调正常工作一个小时所消耗的电能是1度C.1度等于1000焦耳D.1度等于3.6×106瓦答案:B解析:“度”是电功的单位,1度=1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J,故A、C、D错误。功率为1千瓦的空调正常工作1个小时消耗的电能为W=Pt=1kW·h=1度,故B正确。退出目录3.关于三个公式:(1)P=UI(2)P=I2R(3)P=𝑈2𝑅,下列叙述正确的是()A.公式(1)适用于任何电路的电热功率B.公式(2)适用于任何电路的电热功率C.公式(1)(2)(3)适用于任何电路的电热功率D.上述说法都不正确答案:B解析:P=UI是总电功率的计算式,适用于任何电路,但不一定是电热功率,故A错误;P=I2R是计算放出电热的功率,适用于任何电路,故B正确;P=𝑈2𝑅只适用于纯电阻电路中电阻放出热量的功率计算,C错误;故选B。退出目录4.小明家的保险丝突然熔断,不可能的原因是()A.家用电器的总功率过大B.导线绝缘皮损坏,火线、零线直接接触,造成短路C.火线断路D.灯座里的电线发生短路答案:C解析:保险丝熔断是由于电路的电流过大造成的,用电功率过大和电路中有短路都是电流过大的原因。因此,选项A、B、D都有可能造成电路中的电流过大使保险丝熔断。火线断路,电路中没有电流通过,不可能使保险丝熔断,故选C。退出目录5.如图所示,两个不同的工业用电烙铁,其中甲的规格为“220V,800W”,乙的规格为“220V,1600W”。则当两电烙铁分别接通,其通过的电流分别为I1=0.4A,I2=0.2A时,分别工作t1=10s,t2=20s后释放的热能为多少?答案:96.8J24.2J解析:由P=𝑈2𝑅得:R=𝑈2𝑃故R甲=48400800Ω=60.5ΩR乙=484001600Ω=30.25Ω由焦耳定律Q=I2Rt得:Q甲=𝐼12R甲t1=(0.4)2×60.5×10J=96.8JQ乙=𝐼22R乙t2=(0.2)2×30.25×20J=24.2J。