2018版高中物理 第3章 恒定電流 第3節(jié) 焦耳定律學(xué)案 魯科版選修3-1

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1、 第3節(jié)　焦耳定律 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1．理解電功、電功率的概念、計(jì)算公式．(重點(diǎn)) 2．掌握焦耳定律并會(huì)用公式Q＝I2Rt計(jì)算電熱．(重點(diǎn)) 3．能識(shí)別純電阻電路與非純電阻電路，掌握電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系．(重點(diǎn)，難點(diǎn)) 電 能 電功和電功率 電功 電功率 概念 電場力對(duì)定向移動(dòng)的自由電荷所做的功 單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功 公式 W＝qU＝UIt P＝＝UI 單位 焦耳，符號(hào)J 瓦特，簡稱瓦，符號(hào)W 物理意義 描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少 描述電流做功的快慢 1．電流做功的過程中，電能轉(zhuǎn)化為其他形

2、式的能．(√) 2．電流通過用電器時(shí)，電流做的功越多，說明用電器的電功率越大．(×) 3．電功率越大，電流做功一定越快．(√) 　 家庭用電用“度”做單位，度是電功的單位，還是電功率的單位？ 【提示】　度是電功的單位.1度＝1 kW·h＝3.6×106 J. 把一根大頭針插在一小塊硬紙片上，用漿糊把紙貼在臺(tái)燈的燈泡上，使大頭針的針尖朝上．然后用3張紙條做一小風(fēng)車，把風(fēng)車放在針尖上．打開臺(tái)燈，過一會(huì)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)起來： 圖3-3-1 探討1：這一過程，電流做功嗎？ 【提示】　做功． 探討2：風(fēng)車為什么轉(zhuǎn)動(dòng)？ 【提示】　電流通過燈絲做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．周邊空氣

3、溫度升高，形成對(duì)流，風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)起來． 1．對(duì)電功的理解 (1)從力的角度看，電流做功的實(shí)質(zhì)是電場力對(duì)自由電荷做功． (2)從能的角度看，電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，電功的大小量度了電能的減少量，標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少． (3)電功W＝UIt＝qU對(duì)任何電路都適用． 2．對(duì)電功率的理解 (1)電功率P＝＝UI對(duì)任何電路都適用． (2)額定功率和實(shí)際功率 ①額定功率：用電器正常工作所消耗的功率； ②實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下電流做功的功率． 1．一個(gè)電阻接入某電路后，消耗的功率為110 W，通過3 C 的電荷量時(shí)，有330 J的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

4、，則下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．電阻兩端所加電壓為330 V B．通過電阻的電流為1 A C．電阻通電時(shí)間為3 s D．這個(gè)電阻的阻值為110 Ω 【解析】　由W＝qU知，電阻兩端所加電壓U＝＝110 V，A錯(cuò)；由P＝IU得I＝＝1 A，B對(duì)；由W＝Pt得通電時(shí)間t＝＝3 s或t＝＝ s＝3 s，C對(duì)；由R＝，得R＝110 Ω，D對(duì)． 【答案】　A 2．一臺(tái)國產(chǎn)XQB30-13型自動(dòng)洗衣機(jī)說明書中所列的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)計(jì)算： 額定電壓 220 V 額定頻率 50 Hz 額定洗衣、脫水功率 360 W 額定洗衣、脫水容量 3 kg 整機(jī)質(zhì)

5、量 33 kg 外形尺寸(長×寬×高) (542×550×920) mm3 (1)這臺(tái)洗衣機(jī)在額定電壓下洗衣或脫水時(shí)，通過洗衣機(jī)的電流是多大？ (2)如洗衣、脫水的累計(jì)時(shí)間為40 min，則洗衣機(jī)耗電多少？ 【解析】　(1)由說明書可知P＝360 W，又由P＝UI可知I＝＝ A＝1.64 A. (2)W＝Pt＝360×40×60 J＝8.64×105 J 故消耗的電能為8.64×105 J. 【答案】　(1)1.64 A　(2)8.64×105 J 幾個(gè)電學(xué)公式的適用范圍 解答電流做功類的題目需掌握以下幾個(gè)重要公式，并理清它們的意義及適用條件． (1)電功W＝UIt

6、＝qU普遍適用； (2)I＝為電流的定義式，普遍適用； (3)I＝只適用于純電阻電路． 焦 耳 定 律　身 邊 的 電 熱 1．焦耳定律 (1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比． (2)公式：Q＝I2Rt. (3)熱功率：電流通過用電器，單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，公式為P＝I2R. 2．身邊的電熱 各種電器在使用中都會(huì)放出大量的電熱，這就是電流的熱效應(yīng)．有的是利用這些電熱，如電熨斗、電飯鍋、電烘箱、電熱水器等；有的電器并不是利用它的電熱，這種電器要是散熱不及時(shí)會(huì)造成危害，如電動(dòng)機(jī)、電視機(jī)、變壓器等． 1．根

7、據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導(dǎo)出電熱的公式，因此電功和電熱是完全相同的．(×) 2．W＝UIt適用于任何電路求電功．(√) 3．Q＝I2Rt適用于任何電路求熱量．(√) 　 用電爐燒水時(shí)，爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因？ 【提示】　導(dǎo)線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的，通過它們的電流相等，而電爐絲的電阻比連接電爐絲的部分導(dǎo)線電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多． 如圖3-3-2所示，地面上有一個(gè)電風(fēng)扇， 圖3-3-2 探討1：電風(fēng)扇正常工作時(shí)，電流做功電能轉(zhuǎn)化為什么能？此

8、時(shí)是什么電路？ 【提示】　轉(zhuǎn)化為扇葉的動(dòng)能和電風(fēng)扇的內(nèi)能，非純電阻電路． 探討2：若電風(fēng)扇出現(xiàn)故障，扇葉卡住，電流做功轉(zhuǎn)化為什么能？此時(shí)是什么電路？兩種情況下的電流相同嗎？ 【提示】　轉(zhuǎn)化為電風(fēng)扇的內(nèi)能，純電阻電路，不相同． 1．兩種電路的比較 電路 純電阻電路 非純電阻電路 元件特點(diǎn) 電路中只有電阻元件 除電阻外還包括其他的電器元件 電流、電壓、電阻三者的關(guān)系 遵循歐姆定律I＝ 不遵循歐姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U＞IR或I＜ 能量轉(zhuǎn)化形式 電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量 能量轉(zhuǎn)化 示意圖 電器元件舉

9、例 電爐絲、白熾燈 電動(dòng)機(jī)、電解槽、電風(fēng)扇 2.電功與電熱 (1)純電阻電路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t； P電＝P熱＝UI＝I2R＝. (2)非純電阻電路：電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，W>Q；電功率P＝UI，熱功率P熱＝I2R，P>P熱． 3．(多選)關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法正確的是(　　) A．電功率越大電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多 B．W＝UIt適用于任何電路，而電功計(jì)算式W＝I2Rt＝t適用于純電阻電路 C．非純電阻電路中，UI＞I2R D．Q＝I2Rt適用于任何電路 【解析】　電功率越大，電流做功越快，但電路中產(chǎn)生的焦耳熱不一定

10、越多，故A不正確；W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路，而I＝只適用于純電阻電路，由此推導(dǎo)出的公式W＝I2Rt＝t只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以C正確；Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中焦耳熱的計(jì)算，D正確． 【答案】　BCD 4．規(guī)格為“220 V 36 W”的排氣扇，線圈電阻為40 Ω，求： (1)接上220 V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率； (2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率． 【解析】　(1)排氣扇在220 V電壓下正常工作電流I＝＝ A＝0.1

11、6 A， 發(fā)熱功率P熱＝I2R＝0.162×40 W＝1 W， 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)＝P－P熱＝(36－1) W＝35 W. (2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于純電阻，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)通過排氣扇的電流I′＝＝ A＝5.5 A；電動(dòng)機(jī)消耗的功率等于發(fā)熱功率P′＝P熱＝I′U＝5.5×220 W＝1 210 W. 由于發(fā)熱量很大，將很快燒壞電動(dòng)機(jī)線圈． 【答案】　(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W 電動(dòng)機(jī)電路的分析方法： (1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是非純電阻電路，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是純電阻電路. (2)電動(dòng)機(jī)的輸入功率即總功率P入＝IU，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱＝I2r，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出＝P入－P熱. 6