2019-2020学年高中物理 第一章 电场 电流 6 第六节 电流的热效应课件 新人教版选修1-1

第六节电流的热效应第一章电场电流第一章电场电流1.了解电流的热效应跟哪些因素有关．2.了解焦耳定律的内容、公式、单位，能够用焦耳定律解决一些实际问题．(重点＋难点)3.了解白炽灯的发光原理．一、电阻与电流的热效应1．电流的热效应：电流通过导体时能使导体的温度升高，电能变成______．2．影响电流热效应的因素：通过研究导体通电时的发热规律这一实验可知电流热效应与导体中的______、导体电阻、__________有关．内能电流通电时间3．焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量，跟______________、____________、__________成正比．(2)公式：Q＝__________，单位：______，符号：J.(3)应用：制成各种电热器，如电热水器、电熨斗、电热毯、保险丝等．电流的二次方导体的电阻通电时间I2Rt焦耳4．热功率：在物理学中，把电热器在__________内消耗的电能叫做热功率．公式：P＝Q/t＝________，单位：____，符号：W.5．额定功率：额定功率是指用电器__________时的功率，这时加在用电器两端的电压叫______电压，通过用电器的电流叫__________，电动机、电灯泡的铭牌上都标有它们的额定功率．单位时间I2R瓦正常工作额定额定电流1．电流通过电动机和白炽灯时的电功率和热功率相同吗？提示：不一定．电流通过电动机时，电能主要转化成机械能，只有一部分转化成内能，这时电功率大于热功率．电流通过白炽灯时，电能全部转化成内能，这时电功率等于热功率．二、白炽灯1．白炽灯的工作原理：白炽灯利用的是电流的________，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发光．2．电灯的发明：以美国发明家爱迪生为代表的一批发明家，发明和改进了电灯．热效应2．20W的白炽灯和100W的白炽灯正常工作时谁的电阻大？提示：普通白炽灯的额定电压是一样的，它们工作时的电功率等于热功率，即P＝UI＝I2R＝U2R.由电压相同可知，100W的白炽灯灯丝电阻小．对焦耳定律和热功率的理解1．焦耳定律是一个实验定律，它是经过大量实验总结出来的，它适用于任何电路中的电流产生热量的计算．2．对焦耳定律公式Q＝I2Rt的理解．在电流和电阻一定时，热量与时间成正比；在电阻和时间一定时，热量与电流的平方成正比；在电流和时间一定时，热量与电阻成正比．3．应用时不论什么电路，其热量都可以用Q＝I2Rt来计算，热功率都可用P＝I2R来计算．只有在纯电阻电路中计算热量时才能使用Q＝IUt和Q＝U2tR，热功率才能使用P＝IU和P＝U2R.(1)焦耳定律是计算电热的定律，由此可以求解热功率，而非电功率．(2)只要有电阻，电流通过导体时就会产生电热，其电热的多少都可以用焦耳定律求解．电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为()A．通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少B．电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热C．通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多D．铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少[审题指导]解答本题应从以下两点思考：(1)发热的多少取决于什么因素；(2)电炉丝和铜导线决定发热的因素中相同的是什么，不同的是什么．[解析]电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式Q＝I2Rt，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多．因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热．[答案]D1．通过电阻R的电流强度为I时，在t时间内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流强度为I2，则在t时间内产生的热量为()A．4QB．2QC．Q2D．Q4解析：选C.根据焦耳定律Q＝I2Rt，Q′＝I22·2Rt＝12Q，选项C正确．纯电阻电路和非纯电阻电路1．所谓纯电阻电路，就是电路消耗的电能全部转化为内能的电路，则有：W＝Q，即有IUt＝I2Rt，进而得出U＝IR.所以欧姆定律适用于纯电阻电路．计算该电路消耗电能的公式和计算在相同时间内产热的公式是相同的，可为：W＝UIt＝I2Rt＝U2Rt.同理可得，电功率和电热功率关系为：P＝UI＝I2R＝U2R.2．所谓非纯电阻电路，就是电路消耗的电能只有一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能，则有：WQ.即有UItI2Rt，进而得出：UIR，所以欧姆定律不适用于非纯电阻电路．所以计算该电路消耗电能的公式只能是W＝UIt；计算在相同时间内产热的公式只能用Q＝I2Rt.而公式W＝UIt＝I2Rt＝U2Rt不再成立．3．分析非纯电阻电路时，要特别注意从能量角度出发去分析，只有能量关系清楚了，再代入计算各能量的公式，才能解决问题．例如：电动机电路其能量转化关系为：电能(W)＝内能(Q)＋机械能(E)；电解槽电路其能量转化关系为：电能(W)＝内能(Q)＋化学能(E)．电功等于一段电路中电能转化为其他形式能过程中的总能量，电热是这段电路中电能转化为其他形式能中转化为内能的部分．如图所示，灯L上标有200W，电动机上标有2000W，在A、B两端加上220V电压时，灯和电动机均正常工作，求电灯正常工作时的电阻．[思路点拨]解答本题的关键是判断各部分是纯电阻电路还是非纯电阻电路．[解析]A、B间总电流为I，A、B间总电压U＝220V，A、B间消耗的总功率P＝200W＋2000W＝2200W由P＝UI得I＝PU＝2200220A＝10A由IL＝I，PL＝I2LR得R＝PLI2L＝200102Ω＝2Ω.[答案]2Ω从能量守恒的角度分析，对于任何一个电路，各部分消耗功率之和等于该电路消耗的总功率，本题应用了该结论和串联电路上电流相等的特点解答．注意电动机是非纯电阻，和电灯串联后，电压分配和功率分配与电阻无正比关系，不能用比例法解答．2．下列对焦耳定律的理解，正确的是()A．任何情况下都可以用电功W＝UIt代替电热Q＝I2RtB．任何情况下都不可以用电功W＝UIt代替电热Q＝I2RtC．计算纯电阻产生的热量时，可以用电功W＝UIt代替电热Q＝I2RtD．计算电动机产生的热量时，不可以使用公式Q＝I2Rt解析：选C.用电功W＝UIt代替电热Q＝I2Rt的前提是对于由白炽灯、电炉等组成的纯电阻电路，对于含电动机、电风扇等电器的非纯电阻电路，电功W＝UIt大于电热Q＝I2Rt，对于任何电路都可以用Q＝I2Rt计算电热．故选项A、B、D错误，C正确．电功、电功率、电热的综合应用下表所示为某品牌电热水器的铭牌信息，由表中信息可计算出该热水器正常工作时的电流约为多少安？利用该热水器将一满桶水由25℃加热到65℃需要多长时间？(已知水的密度是ρ＝1×103kg/m3，比热容是c＝4200J/(kg·℃)，设加热效率为80%)型号FCD－JTHQ860­Ⅲ额定电压220V容积60L额定频率50Hz额定最高温度75℃额定功率1500W防水等级IP×4额定内压0.75MPa加热效率等级A容器强度等级A24h能耗等级A出厂编号/制造日期GADTZ000000GB81A1022[审题指导]提取表格中的有效信息是解题的关键，由P＝UI能求电流；由Q吸＝cmΔt结合能量守恒能求加热时间．[解析]由表中信息可以读出，该热水器额定功率P＝1500W，额定电压U＝220V，所以正常工作时的电流I＝PU＝1500220A＝6.8A．由能量关系知Pt×80%＝cmΔt其中P＝1500W，c＝4200J/(kg·℃)，m＝ρV＝1×103×60×10－3kg＝60kg，Δt＝65℃－25℃＝40℃.代入数据解得：t＝8400s.[答案]6.8A8400s(1)电流的热效应：电流通过导体时能使导体的温度升高，电能转化成内能，这就是电流的热效应．(2)额定电压和额定功率①用电器的额定功率是指用电器在额定电压下的功率，这时用电器能安全有效地工作．当电压不符合规定条件时，用电器的功率按实际的电压和电流来计算．②用电器上常标有“××V××W”，指的是用电器的额定电压和额定功率．当电压未达到额定值时用电器一般不能正常工作，电压大于额定值时会烧毁用电器．有些电路元件上标有“××W××A”，指的是这个元件的额定功率和允许通过的最大电流．(3)对于电流通过时电能全部转化为内能的用电器，电能转化成内能的多少也可表示为Q＝U2tR，这个关系式表明，在电压相同的条件下，电能转化为内能跟导体的电阻成反比．也就是说，在电压相同时，电阻较大的导体在一定时间内产生的热量较少．