4焦耳定律.docx
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4焦耳定律
焦耳定律
【知能准备】
1.电流做功的多少等于转化为其他形式能的数量；所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对的力在做功，电荷的减小，其他形式的能在增加；公式：
W=，P=。
2.电流通过用电器时把能全部转化为能，这样的电路叫做纯电阻电路。
【同步导学】
1.电功和电功率
（1）电功是电流通过一段电路时，电能转化为其他形式能（电场能、机械能、化学能或内能等）的量度。
（2）W=qU=UIt是电功的普适式，P=UI是电功率的普适式，适用于任何电路。
2.焦耳定律和热功率
（1）电热则是电流通过导体时，电能转化为内能的量度.
（2）Q=I2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量（电热）；P=I2R是热功率的计算式，
3.电功和电热
（1）在纯电阻电路中：
电流通过用电器以发热为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。
这时电能全部转化为内能，电功等于电热，即W=UIt=I2Rt=
.同理P=UI=I2R=
.
（2）在非纯电阻电路中：
电流通过用电器是以转化为内能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。
例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等.这时电路消耗的电能，即W=UIt分为两部分，一大部分转化为其他形式的能（例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为电热Q=I2Rt（电枢的电阻生热）.这里W=UIt不再等于Q=I2Rt，应该是W=E其他＋Q.
（3）电功和电热是两个不同的物理量，只有在纯电阻电路中，电功才等于电热，W=Q=UIt=I2Rt=
；在非纯电阻电路中，电功大于电热，W>Q，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用Q=I2Rt计算，两式不能通用。
例1一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后，消耗功率66W，问：
（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？
I=0.3A
（2）电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？
转化为内能的功率是多少？
电动机的效率是多少？
P内=1.8WP机=64.2Wη=97.3%
（3）如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？
I=11AP=2420WP内=2420W
4.串联和并联电路的功率分配
（1）串联电路：
①串联电路的总功率电压等于各部分电路的功率之和
②串联电路中各个电阻两端的电功率跟它们的阻值成正比
2.并联电路：
①并联电路的总功率电压等于各部分电路的功率之和
②并联电路中通过各个电阻的电功率跟它的阻值成反比
例2如图，已知R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为_________。
（P1∶P2∶P3=1∶2∶6）
例3已知如图，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W”和“110V，100W”，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路（）（B）
【同步检测】
1.用电器两端电压220V，这意味着（）
A.1A电流通过用电器时，消耗的电能为220JB.1C正电荷通过用电器时，产生220J的热量
C.1A电流通过用电器时，电流的发热功率为220W
D.1C正电荷从电势高端移到电势低端时，电场力做功220J
2.一灯泡标有“220V，100W”字样将其接到110V的电源上（不考虑灯泡电阻的变化），则有（）
A.灯泡的实际功率为50WB.灯泡的实际功率为25W
C.通过灯泡的电流为额定电流的
D.通过灯泡的电流为额定电流的
3.下图电路中，电灯L1、L2都标有“220V，100W”；电灯L3、L4都标有“220V，40W”．将A、B两端接入电源，最暗的灯是 （ ）
A．L1B．L2C．L3D．L4
4.把两个相同的电灯分别接在图中甲、乙两个电路里，调节滑动变阻器，使两灯都正常发光，两电路中消耗的总功率分别为
和
，可以断定（）
A.
〉
B.
〈
C.
=
D.无法确定
5.输电线总电阻为r，输送的电功率是P，送电电压为U，则用户得到的功率为（）
A.PB.
C.
D.
6.一个直流电动机所加电压为U，电流为I，线圈内阻为R，当它工作时，下述说法中错误的是（）
A．电动机的输出功率为U2／R B．电动机的发热功率为I2R
C．电动机的输出功率为IU-I2R D．电动机的功率可写作IU=I2R=U2/R
7.有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A，若把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A。
求：
（1）电动机正常工作时的输出功率；
（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？
（提示：
电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器）
8.某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下，以0.4m／s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9kW.不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为多少?
（设人的平均质量为60kg）
9．某一电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。
当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2=1A。
求这时电动机的机械功率是多大？
10．微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3Ｖ的电压时，通过的电流为0.3A，此时电动机不转，当加在电动机两端的电压为2.0Ｖ时，电流为0.８A，这时电动机正常工作，则吸尘器的效率为多少？
【综合评价】
1.关于电功，下列说法中正确的有（）
A.电功的实质是电场力所做的功B.电功是电能转化为内能
C.电场力做功使电能转化成其他形式能量的量度D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
2.一盏电灯直接接在恒定的电源上，其功率为100W，若将这盏灯先接上一段很长的导线后，再接在同一电源上，在导线上损失的电功率是9W，那么此时电灯实际消耗的电功率将（）
A.大于91WB.小于91WC.等于91WD.条件不足，无法确定
3.A、B、C三个灯泡如图所示的方式连接时，各自消耗的实际功率相同，则PA:
PB:
PC为（ ）
A.1:
1:
1B.1:
2:
2C.2:
1:
1D.1:
4:
4
4.图中R1=4Ω，R2=9Ω，R3=18Ω。
通电后（）
A．经R1和R3的电流之比I1：
I3=3：
1
B．R1两端的电压和R3两端的电压之比U1：
U3=4：
9
C．三个电阻消耗的电功率之比P1：
P2：
P3=2：
1：
2
D．三个电阻消耗的电功率之比P1：
P2：
P3=2：
2：
1
5.两个电阻,R1=8Ω,R2=2Ω,并联在电路中．欲使这两个电阻消耗的电功率相等,可行的办法是（）
A．用一个阻值为2Ω的电阻与R2串联B．用一个阻值为6Ω的电阻与R2串联
C．用一个阻值为6Ω的电阻与R1串联D．用一个阻值为2Ω的电阻与R1串联
6.一定值电阻，通过2C的电荷量时，消耗的电能是8J，若在相同时间内通过4C的电荷量，那么电阻两端的电压和消耗的电能分别为（）
A.4V，16JB.8V，16JC.4V，32JD.8V，32J
7．如图甲所示电路，滑动变阻器的最大电阻为R，负载电阻为R0。
当滑动变阻器的滑动端S在某位置时，R0两端电压为U/2，滑动变阻器上消耗的功率为P。
若将R0与电源位置互换，接成图乙所示电路时，滑动触头S的位置不变，则（）
A．R0两端的电压将小于E/2
B．R0两端的电压将等于E/2
C．滑动变阻器上消耗的功率一定小于P
D．滑动变阻器上消耗的功率可能大于P
8.图中M，N接稳压电源，a，b间断开时，Uab=120V，a，b间接入“220V，100W”的灯泡时，Uab=110V．则此时电源输入M、N的电功率为（）
A．25WB．27．27W C．102．27WD．2．27W
9．如图所示，D为一插头，可接入电压恒定的照明电路中，a、b、c为三只相同且功率较大的电炉，a靠近电源，b、c离电源较远，而离用户电灯L很近，输电线有电阻。
关于电炉接入电路后对电灯的影响，下列说法中正确的是（）
A．使用电炉a时对电灯的影响最大
B．使用电炉b时对电灯的影响比使用电炉a时大
C．使用电炉c时对电灯几乎没有影响
D．使用电炉b或c时对电灯影响几乎一样
10.一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R，设通过它们的电流相同（电动机正常运转），则在相同时间内（）
A.电炉和电动机产生的热量相同B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
C.电炉两端电压小于电动机两端电压D.电炉和电动机两端电压相等
11.一辆电瓶车，质量为500kg，由内阻不计的蓄电池组向直流电动机提供24V的电压，当电瓶车在水平地面上以0.8m/s的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为5A，设车所受的阻力是车重的0.02倍（g=10m/s2），则此电动机的内阻是（）
A．4.8ΩB．3.2ΩC．1.6ΩD．0.4Ω
12.理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干。
设电动机线圈电阻为R1，它与电热丝电阻值R2串联后接到直流电源上，吹风机两端电压为U，电流为I消耗的功率为P，则有（）
A．
B．
C．
D．
13.一个电阻为20Ω的导体，当它每通过3C电荷量时，电流做功18J，那么此导体两端所加电压为______V，通过3C电荷量所用时间为______s.
14.把两个标有“6V、3W”和“6V、4W”的小灯泡串联，则串联电路允许达到的最大功率是W；把这两个小灯泡并联，则并联电路允许达到的最大功率是W。
15.一台电阻为2Ω的电动机，接在110V电路中工作时，通过电动机的电流为10A，则这台电动机消耗的电功率为______，发热功率为______，转化成机械功率为______，电动机的效率为______。
16.有一电风扇上标有“220V55W”，若风扇的电动机线圈电阻为8Ω，当它正常工作时，电源供给的电功率是______W，转化为风的电功率是______W，电动机的发热功率是______W.
17.微型吸尘器中直流电动机的线圈电阻一定。
当加在电动机上的电压为0.3V，电流为0.3A时，电动机不转动。
当加在电动机上的电压为2.0V，电流为0.8A时，电动机正常工作。
此时电动机内电热转换的电功率是 W；电能转化为机械能的功率是________W。
18.某地强风风速v=20m/s，风力发电机的扇叶总面积为S=20m2，若风能的70%转化为电能（即η=70%），其电功率为7×104W。
那么利用上述物理量计算空气密度的表达式ρ=_____________，其大小是ρ=_____________。
19．某滑动变阻器上标有“20Ω、0.2A”字样，现将固定端A和滑动端P接在3V的电源上，并保持电压不变，如图所示。
在P由B端向A端滑动过程中，AP段电阻允许消耗的最大功率是多少？
这时AP段电阻值多大？
20.一小型水电站，给用户输电的导线的总电阻是10Ω，输送的电功率是20kW.若输电线在1h内因发热损耗的电能是1kW·h，那么该电站的输出电压是多少?
用户得到的电压是多少?
21.一台直流电动机线圈电阻r=1Ω，与一阻值R=10Ω的电阻串联，当所加电压U=150V，电动机正常工作时电压表示数100V，求电动机消耗的功率及输出的机械功率。
22.如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103℃）时会自动断开；S2是一个自动温控开关，当温度低于60℃时会自动闭合，温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热状态时的指示灯，它在保温状态下是不亮的，黄灯是保温状态下的指示灯。
限流电阻R1=R2=500Ω，加热电阻丝R3=50Ω，两灯的电阻不计。
（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温的过程）。
（2）简要回答，如果不闭合开关S1，电饭煲能将饭煮熟吗？
（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。
23.一台国产XQB30—13型全自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：
额定电压
220Ｖ
额定频率
50Hz
额定洗衣、脱水功率
360W
额定洗衣、脱水容量
3kg
整机质量
33kg
外形尺寸（长×宽×高）
（5４2×550×９20）ｍｍ3
（1）这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时，通过洗衣机的电流是多大?
（2）如洗衣、脱水的累计时间为40min，则洗衣机耗电多少?
参考答案：
第五节焦耳定律
【知能准备】1.电能自由电荷静电力电势能
2.电内
【同步检测】1D2BC3C4C5B6AD7、1.5W，8W8、25人9、31W
10、60％.
【综合评价】1AC2B3D4AC5A6D7D8B9、BD10ABC11C12AD
13、6V，10s14、11/3W7W15、1100W，200W，900W，82%16、55；54.5；0.5
17、0.64W、0.96W18、2p/Sv3η、1.25kg/m319、0.6W，15Ω20、1900V
21、P=IUM=5×100=500WP热=I2r=25W P机=P-P热=500-25=475W
22、
（1）电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时把手动开关S1关闭，这时黄灯短路红灯亮，电饭堡处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合待电饭煲中水烧干后，温度升高到103℃时.开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于电饭堡散热，待温度下降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新处于加热状态，待温度上升到80℃时，又自动断开，电饭煲再次处于保温状态.
（2）不能，因为如果不闭合S1，则只能将食物加热至80℃.（3）设电饭煲处于加热状态时，功率为P1，
设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P2，则
所以P1:
P2≈12:
1
23、
（1）1.64A;
（2）8.64×105J
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