遼寧省大連市高中物理 第2章 恒定電流 2.5 焦耳定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、圖中是一電爐。,你知道它在通電時，能量是如何轉(zhuǎn)化的嗎？,大家對圖中東西應該不陌生吧，它們是生活中常用的電動機。,你知道它在通電時，能量是如何轉(zhuǎn)化的嗎？,以下是幾種不同型號的蓄電池。,你知道它是怎樣進行充電的嗎？,第二章恒定電流,第五節(jié)焦耳定律,從電能向其他形式能的轉(zhuǎn)化理解電功以及電功率，理解電功和能量轉(zhuǎn)化的關系。,知道焦耳定律的物理意義，熟記其內(nèi)容。,1.知識與能力,從能量的轉(zhuǎn)化和守恒理解電功和電熱的區(qū)別，知道純電阻電路與非純電阻電路的區(qū)別。,根據(jù)電能向其他形式的能轉(zhuǎn)化的關系理解并利用電功和電功率的知識解決問題。,2.過程與方法,3.情感態(tài)度與價值觀,通過學習本節(jié)的內(nèi)容，關注焦耳定律在生活、生

2、產(chǎn)中的應用。,從焦耳定律的物理意義理解題目內(nèi)容，并將其應用到實際解決問題中來。,電功與電功率的內(nèi)容及區(qū)別；焦耳定律的內(nèi)容及解題中的應用；焦耳定律在生活、生產(chǎn)中的應用。,焦耳定律在生活、生產(chǎn)中的應用。,重點：,難點：,1.電功和電功率,2.焦耳定律,1.電功和電功率,電爐通電時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電動機通電時，電能轉(zhuǎn)化為機械能；蓄電池充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學能。我們已經(jīng)知道，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，電流做功的多少等于電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的數(shù)量。所謂電流做功，實質(zhì)上是導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。自由電荷在靜電力作用下沿靜電力的方向做定向移動，結果電荷的電勢能減小，

3、其他形式的能增加。,電流通過一段電路時，自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，電場力對自由電荷做功。設一段電路兩端的電壓為U，通過的電流為I。在時間t內(nèi)通過這段電路任一橫截面的電荷量為q=It（如下圖），這相當于在時間t內(nèi)將電荷q由這段電路的一端移動到另一端。,下面我們根據(jù)學過的知識推導一下電功和電功率的公式。,W=qU,,q=It,,W=UIt,電功定義：,在一段電路中電場力所做的功，也就是通常說的電流所做的功，簡稱電功。,上式表示，電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I和通電時間t三者的成積。,講完電功讓我們在了解一下電熱。,電熱定義：,電流通過電阻時產(chǎn)生的熱量。

4、,Q=I2Rt,注意,W=UIt，Q=I2Rt分別是電功、電熱的定義式，適用任何電路中電功、電熱的計算，從能的轉(zhuǎn)化角度看，在純電阻電路中，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。可以通過不同形式計算電功和電熱，在非純電阻電路中，消耗的電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機械能或化學能等，因此有WQ,此時UIR（歐姆定律不成立），因此電功和電熱只能通過定義計算。,上式表示，一段電路上的電功率P等于這段電路兩端的電壓U和電路中的電流I的乘積。,在以上兩個公式中，電流、電壓、時間的單位分別是安培（A）、伏特（V）、秒（s），電功、電功率的單位分別是焦耳（J）和瓦特（W）。,電功率定義：,單位時間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。

5、,,學了電功率以后，我們稍微了解一下額定功率和實際功率。,額定功率：,是指用電器在正常工作的條件下應加的電壓，在這個條件下它消耗的功率就是額定功率率，流經(jīng)它的電流就是額定電流。,實際功率：,如果用電器在實際使用時，加在其上的實際電壓不等于額定電壓，它消耗的功率也不再是額定功率，這就是實際功率。,2.焦耳定律,電流做功時，消耗的是電能。究竟電能會轉(zhuǎn)化為那種形式的能，要看電路中具有那種類型的元件。在得出焦耳定律的定義之前，我們先介紹一下純電阻電路和非純電阻電路。,純電阻電路定義：,只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路。,非純電阻電路定義：,除含有電阻外，還包含有電動機，電解槽等的電路。,我們知道，電場

6、力對電荷做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程。在真空中，正電荷由電勢高的某處移向電勢低的另一處時，電場力對電荷做正功，電荷做加速運動，減少的電勢能轉(zhuǎn)化為電荷的動能。在電阻元件中電能的轉(zhuǎn)化情況與真空中有所不同。在金屬導體中，除了自由電子，還有金屬正離子。在電場力的作用下，做加速定向移動的自由電子要頻繁地與離子發(fā)生碰撞，并把定向移動的動能傳給離子，使離子的熱運動加劇。平均來看，可以認為大量自由電子以某一不變的速率做定向移動?？梢姡陔娮柙?，通過自由電子與離子的碰撞，電能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。,電流通過純電阻電路做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為導體的內(nèi)能。電流在這段電路中做的功W就等于這段電路發(fā)出的熱量Q

7、，即,Q=W=IUt,由歐姆定律,U=IR,,Q=I2Rt,代入上式后可得熱量Q的表達式,由此我們得出焦耳定律的定義,焦耳定律定義：,電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比。,單位時間內(nèi)發(fā)熱的功率P=Q/t通常稱為熱功率。,熱功率：,由公式Q=I2Rt可得熱功率為,P=I2R,W=UIt和Q=I2Rt，或者P=UI和P=I2R，意義是不相同的。P=UI表示輸入給一段電路的全部電功率，或者說這段電路上消耗的全部電功率。,P=I2R是這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率。在電路中只有電阻元件時，二者是相等的（如甲圖）。當電路中有電動機、電解槽等用電器時，電能要分別轉(zhuǎn)化成機

8、械能、化學能等，只有一部分轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這是電功率大于熱功率，二者并不相等。,甲,例如一臺電動機，額定電壓是220V，線圈電阻是0.4，在額定電壓下通過的電流是50A，在額定電壓下輸入給電動機的電功率P=UI=11kW，熱功率P=I2R=1kW，大部分電能（功率為10kW）轉(zhuǎn)化為機械能（如圖乙）。,1.電功和電功率,,在一段電路中電場力所做的功，也就是通常說的電流所做的功，簡稱電功。,電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I和通電時間t三者的成積,Q=I2Rt,,單位時間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。,一段電路上的電功率P等于這段電路兩端的電壓U和電路中的電流I的乘積,,2.

9、焦耳定律,只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路，叫做純電阻電路。,除含有電阻外，還包含有電動機，電解槽等的電路，叫做非純電阻電路。,在真空中，正電荷由電勢高的某處移向電勢低的另一處時，電場力對電荷做正功，電荷做加速運動，減少的電勢能轉(zhuǎn)化為電荷的動能。,電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比叫做焦耳定律。,1.關于三條公式：（1）P=IU，（2）P=I2R，（3）P=U2/R，下列敘述正確的是：（）,A.公式（1）適用于任何電路的電熱功率；B.公式（2）適用于任何電路的電熱功率；C.公式（1）（2）（3）適用于任何電路電功率；D.上述沒有一個正確。,B,2.關于公式

10、的適用條件，下列說法正確的是：（）（1）公式P=IU適用于計算任何電路的電功率；（2）公式P=I2R適用于計算任何電路的電功率；（3）公式P=I2R適用于計算任何電路的熱功率；（4）公式P=U2/R適用于計算任何電路的熱功率。,A.僅有（1）B.僅有（3）C.僅有（1）（3）D.僅有（2）（4）,C,3.用電器的電功率等于額定電功率時，加在用電器兩端電壓______用電器的額定電壓（填“等于”、“不等于”），通過用電器的電流_______用電器的額定電流。,,等于,等于,1：2,2：1,5.不考慮溫度對電阻的影響，一個“220V，40W”的燈泡，接在110V的線路上的功率為多少，接在55V的線

11、路上的功率又為多少？,一題多解,解法一：由P額=U2額/R，得：R=U2額/P額=2202/40=1210（）。U實為110V時，P實=U實2/R=1102/1210=10（W）；U實為55V時，P實=U實2/R=552/1210=2.5（W）；,6.一直流電動機線圈內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動，在線圈兩端加電壓為0.3V時，電流為0.3A。松開轉(zhuǎn)軸，在線圈兩端加電壓為2V時，電流為0.8A，且電動機正常工作。求該電動機正常工作時，輸入的電功率是多少？電動機的機械功率是多少？,分析與解答,（1）電動機不轉(zhuǎn)動時，在電路中起作用的只是電動機線圈的電阻，可視為純電阻電路，如甲圖所示，由歐姆定律

12、得電動機線圈內(nèi)阻R=U/I=1。,1.（2006年重慶，23）三只燈泡L1、L2和L3的額定電壓分別為1.5V、1.5V和2.5V，它們的額定電流都為0.3A。若將它們連接成圖甲、乙所示的電路，且燈泡正常發(fā)光，（1）試求圖甲電路的總電流和電阻R2消耗的電功率；（2）分別計算兩點路電源提供的電功率，并說明哪個電路要節(jié)能。,甲,乙,答案：（1）0.9A0.045W（2）2.7W1.8W圖乙電路比圖甲電路節(jié)能。,解析：（1）由題意，在圖甲電路中：電路的總電流I總=IL1+IL2+IL3=0.9AU路端=E-I總r=2.55VUR2=U路端-UL3=0.05VIR2=I總=0.9A電阻R2消耗功率PR

13、2=IR2UR2=0.045W.,1.答：設電阻R1消耗的電功率為P1，電阻R2消耗的電功率為P2，（1）串聯(lián)電路中各處電流相等，設電流為I，則電功率P1=I2R1，P2=I2R2，P1:P2:=I2R1:I2R2:P1:P2:=R1:R2:此式說明串聯(lián)電路中各電阻消耗的電功率與其電阻成正比。,（2）并聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓相等，設電壓為U，則有P1=U2/R1，P2=U2/R2，P1:P2:=1/R1:1/R2:得證。（3）因為串聯(lián)電路總電壓等于各部分電壓之和，即U=U1+U2+，所以串聯(lián)電路消耗的總功率P=UI=I（U1+U2+）=P1+P2+，得證。（4）因為并聯(lián)電路總電流等于各支路電

14、流之和，即I=I1+I2+，所以并聯(lián)電路消耗的總功率P=UI=U（I1+I2+）=P1+P2+,得證。,說明：本題不僅可以使學生知道串、并聯(lián)電路中功率分配與電阻的關系，而且因為證明工程是知識整合、綜合運用的過程，還可以培養(yǎng)學生思維的嚴密性。要注意對學生解題規(guī)范的要求，這里限于篇幅，沒有給出（3）和（4）的規(guī)范解題格式。,2.答：（1）接通S時，R1被短路，R2直接接在電源兩端，電路消耗的電功率為P1=U2/R2。當S斷開時，R1、R2串聯(lián)后接到電源上，電路消耗的電功率為P2=U2/（R1+R2）。因為P1P2，所以接通S時，電飯鍋處于加,3.答：根據(jù)燈泡的規(guī)格可以知道Ra=RcRb=Rd。電路可以看成是由a、bc并聯(lián)部分和d三部分串聯(lián)而成。由于電流相同，且并聯(lián)部分的總電阻小于其中最小的電阻，所以PaPdPb+Pc。對于bc并聯(lián)部分，由于電壓相等，b的電阻小，因此PbPc。所以PaPdPbPc。,,熱狀態(tài)，S斷開時，電飯鍋處于保溫狀態(tài)。（2）加熱時PR2=U2/R2，保溫時，要使，必有。,接上頁,