第二章 5 焦耳定律.docx

1、第二章 5 焦耳定律5焦耳定律学习目标1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别一、电功和电功率1电功(1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程(2)电功的计算公式：WIUt.单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kWh)，也称“度”，1 kWh3.6106 J.2电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功(2)公式：PIU.(3)单位：瓦特，符号为W.(4)意义：表示电流做功的快慢二、焦耳定律1焦耳定律(1)内容：电流通过导体

2、产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比(2)表达式：QI2Rt.2热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率(2)表达式：PI2R.(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量1判断下列说法的正误(1)电功率越大，表示电流做功越多()(2)电功WIUt可以用来计算所有电路中电流所做的功()(3)电热QI2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热()(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热()2通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为_答案解析根据QI2Rt得，Q22RtI2Rt

3、Q.一、电功和电热的理解1如图1所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，在t时间内通过导体某横截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？图1答案由电流的定义式可得通过某横截面的电荷量qIt，根据静电力做功的公式WqU，可得WIUt.2电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？答案电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能电熨斗工作时，将电能转化为内能1电功和电功率WUIt是电功的计算式，PUI是电功率的计算式，适用于任何电路2电热和热功率QI2Rt是电热的计算式，P热I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率3纯电阻电路与非

4、纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路在非纯电阻电路中，电流做功将部分电能转化为内能，剩余部分转化为机械能或化学能等其他形式的能4纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系WQ即UItI2RtWQE其他UItI2RtE其他电功率和热功率的关系PP热，即UII2RPP热P其他即UII2RP其他欧姆定律是否成立UIR，I成立UIR，I不成立说明WUIt、P电UI适用于任何电路计算电功和电功率QI2Rt、P热I2R适

5、用于任何电路计算电热和热功率只有纯电阻电路满足WQ，P电P热；非纯电阻电路WQ，P电P热例1(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt适用于任何电路，而WI2Rtt只适用于纯电阻电路C在非纯电阻电路中，UII2RD焦耳热QI2Rt适用于任何电路答案BCD解析电功率公式P，表示电功率越大，电流做功越快对于一段电路，有PIU，I，焦耳热Q()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他

6、形式的能，所以WQ，即UII2R，C正确；QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确二、纯电阻电路中的功率分配及计算1在纯电阻电路中，由于WQ，I，所以有UII2R.2串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配总功率PP1P2PnPP1P2Pn3.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫做额定功率当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率例2(2019湖州市高一下期末)a、b两灯连接成如图2所示的电路a灯的规格为“220 V40 W”，b灯的规格为“220 V100 W”通电时，a、b两灯两端电压分别为Ua、U

7、b，实际功率分别为Pa、Pb，且实际功率都没有超过额定功率，设a、b两灯电阻均不变下列判断正确的是()图2AUaUb，PaPb BUaPbCUaUb，PaUb，PaPb答案D解析根据P知，a灯的电阻为R1 1 210 ，b灯的电阻为R2 484 ，所以a灯的电阻大于b灯的电阻，因为两灯电流相等，根据UIR知UaUb，又因为PUI，所以PaPb，A、B、C错误，D正确例3额定电压均为110 V、额定功率PA100 W、PB40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是()答案C解析判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是不是额定电压或电流是不是额定

8、电流，对灯泡有PUI，可知RARB.对于A电路，由于RARB，所以UBUA，UBUA220 V，则UB110 V，B灯被烧毁，UA110 V，A灯不能正常发光，A错；对于B电路，由于RBRA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU并，B灯被烧毁，A灯不能正常发光，B错；对于C电路，B灯与滑动变阻器并联，并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，两灯可以正常发光对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110 V，两灯可以正常发光比较C、D两个电路，当灯A、B均正常发光时，由于C电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，而D电路中滑动变阻器功率为(

9、IAIB)110 V，所以C电路消耗电功率最小，C对，D错三、非纯电阻电路功率的分析与计算1电动机的功率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入UI.(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热I2r.(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率三者关系为：UII2rP机2电动机的效率：100%100%100%.3串、并联电路的总功率(1)串联电路：P总U总I(U1U2U3)IP1P2P3(2)并联电路：P总UI总U(I1I2I3)P1P2P3从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和

10、例4(2019九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A.(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？答案(1)0.5 (2)1.5 W(3)8 W解析(1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r 0.5 (2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总UI21 W2 W线圈内阻的热功率P热I2r120.5 W0.5 W则电动机正常工作时的输出功率P出

11、P总P热2 W0.5 W1.5 W(3)电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率P W8 W.解答有关电动机问题时应注意的问题1当电动机不转时可以看成纯电阻电路，PUII2R均成立2当电动机正常工作时，是非纯电阻电路，P电UIP热I2R，UIR而有UIR.例5小型直流电动机(其线圈内阻为r1 )与规格为“4 V4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R5 的电阻串联，然后接至U12 V的电源上，如图3所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：图3(1)通过电动机的电流；(2)电动机的输出功率P出；(3)电动机的效率答案(1)0.6 A(2)2.04 W(3)85%解析(1)流经灯泡

12、的电流IL A1 A流经电阻R的电流IR A1.6 A流经电动机的电流IIRIL0.6 A.(2)电动机消耗的总功率PULI40.6 W2.4 W电动机的热功率P热I2r(0.6)21 W0.36 W电动机的输出功率P出PP热2.4 W0.36 W2.04 W(3)电动机的效率：100%100%85%.图4针对训练如图4所示，有一内电阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A电解槽消耗的电功率为120 WB电解槽的发热功率为60 WC电解槽消耗的电功率为60 WD电路消耗的总功率为60 W答案C解析灯泡正常发光，说

13、明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流II灯 A，则电解槽消耗的电功率PP灯60 W，A错，C对；电解槽的发热功率P热I2R内1.3 W，B错；整个电路消耗的总功率P总220 W120 W，D错1(电功、电功率的理解)(多选)关于电功和电功率，下列说法正确的是()A电流做功就是电场力对电荷做功，从而把电能转化为其他形式的能B电功率越大，电流做功越多C电功率越大，电流做功越快D在相等时间内，额定功率越大的用电器，电流做功一定越多答案AC解析从电功实质可知，A正确；电功率是描述电流做功快慢的物理量，B错误，C正确；额定功率是用电器正常工作时的功率，而电流做功的多少由用电器的实际功率和做功所

14、用时间共同决定，D错误2(电热的表达式)(2019黄山一中高二上期中)有一台电风扇，标有“220 V50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 ，把它接入220 V的电路中，以下关于计算时间t内产生热量的方法正确的是()AQ BQPtCQ2Rt D以上三种方法均正确答案C解析通过电风扇的电流为I，因为电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为Q2Rt，而不应该是Q或QPt，C正确3(纯电阻电路的功率分配与计算)把两个相同的电灯分别接在如图5所示的甲、乙两个电路中，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P甲和P乙，可以断定()图5AP甲P乙 BP甲P乙CP甲P乙 D无法确定答案C解析两

15、灯泡规格相同且正常发光，题图甲两灯泡并联，电流I12I额；题图乙两灯泡串联，电流I2I额；所以P甲P乙U1I1U2I28 V2I额16 VI额11，即P甲P乙4(非纯电阻电路功率的计算)(2019天津市实验中学期中)在研究微型电动机的性能时，可采用如图6所示的实验电路当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V求该电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻(电压表、电流表均为理想电表)图6答案22 W2 解析电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V时，电

16、动机不转动，则其线圈电阻r 2 ，当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，则电动机的总功率P总U2I215.02.0 W30 W线圈电阻的热功率P热I22r2.022 W8 W所以P输出P总P热22 W.考点一电功、电功率电热、热功率1(2019西安市高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内()A由QI2Rt可知，电炉的发热量减小B由QUIt可知，电炉的发热量不变C由Qt可知，电炉的发热量增大D无法确定答案C解析将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，因此由公式Qt可知，在相同时间t内，电炉的发热

17、量Q增大，选项C正确2(多选)关于三个公式PUI、PI2R、P的适用范围，以下说法正确的是()A第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求电热功率B在纯电阻电路中，三个公式既可适用于求电功率，又可适用于求热功率C在非纯电阻电路中，第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求电热功率，第三个公式没有意义D由UIR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所示P即是电功率答案BC3.一个手机电池的背面有如图1所示的一些符号，另外在手机使用说明书上对手机电池的说明中还写有“通话3小时，待机100小时”则该手机通话和待机时消耗的功率分别约为()图1A1.8 W、5.4102 WB0.6

18、W、1.8102 WC3.6 W、0.108 WD6.48103 W、1.94102 W答案B解析电池电动势E3.6 V，电荷量Q500 mAh，能做的功WEQ6 480 J，所以通话功率为P1 W0.6 W，待机功率为P2 W1.8102 W.考点二纯电阻电路功率分配与分析4(多选)有两个灯泡L1、L2，额定电压均为6 V，额定功率分别为6 W、3 W，将它们接在电路中，下列说法正确的是()A若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WB若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 WC若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WD若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大

19、为4.5 W答案BC解析当两灯泡串联时，电流相等，L1的额定电流为I11 A，电阻R16 ，L2的额定电流为I20.5 A，电阻R212 .要使两灯泡不被烧坏，电路中的最大电流为0.5 A，最大功率为PmaxI22R1I22R24.5 W，故A错误，B正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6 V时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9 W，故C正确，D错误5把6个相同的电灯接在如图2甲、乙所示的两电路中，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足()图2AR29R1 BR26R1CR23R1 DR1R2答案A解析设

20、每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1PR2，即(3I)2R1I2R2，故R29R1，所以选项A正确6.四盏灯泡接成如图3所示的电路，a、c灯泡的规格为“220 V40 W”，b、d灯泡的规格为“220 V100 W”，各个灯泡的实际功率都没有超过它的额定功率则下列选项正确的是()图3APaPcPbPdCPaPcPbPdDPaPcRbRd，故RabRcd，由串联电路的特点可知UabUcd，又因为UaUb，UcUd，根据P，得PaPb，PcPd，PaPc，PbPd，所以PaPcPbPd，选项A正确考点三非纯电阻电路功率

21、分配与分析7加在某电动机上的电压是U(V)，电动机消耗的电功率为P(W)，电动机线圈的电阻为r()，则电动机线圈上消耗的电热功率为()AP B. C. DP答案C8.电阻R和电动机串联接到电路中，如图4所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有()图4AU1U2，Q1Q2 BU1U2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2答案A解析电动机是非纯电阻，其两端电压U2IRU1，B错；电流做的功W1IU1t，W2IU2t

22、，因此，W1W2，C错；由QI2Rt可判断产生的热量Q1Q2，A对，D错9.如图5所示，电阻R120 ，电动机线圈的电阻R25 .当开关S断开时，理想电流表的示数是0.5 A，当开关S闭合后，理想电流表示数是1.3 A已知电路两端的电压不变，则当开关S闭合后，以下说法不正确的是()图5A电路两端电压为10 VB电动机消耗的电功率为8 WC电动机输出的机械功率为3.2 WD电动机的效率为60%答案C解析当开关S断开时，只有电阻R1接在电路中，电流表的示数是0.5 A，电路两端的电压UIR10.520 V10 V，A正确；当开关S闭合后，电动机与电阻R1并联接在电路中，电流表示数是1.3 A，所以

23、通过电动机的电流为IM1.3 A0.5 A0.8 A，因此电动机消耗的电功率PUIM100.8 W8 W，B正确；电动机输出的机械功率P机PP热PIM2R28 W(0.8)25 W4.8 W，C错误；电动机的效率100%60%，D正确10.A、B为“220 V100 W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220 V40 W”的两盏相同的灯泡现将四盏灯泡接成如图6所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为()图6APAPB，PCPDBPAPDPBPCCPDPAPBPCDPBPCPDPA答案C解析根据R得，RARBRCRD.由电路图知，UBUC，根据P

24、知PBPC；因为IAID，根据PI2R知，PDPA.流过A、D的电流大于流过B、C的电流，由PI2R知，PAPB，PDPC，所以PDPAPBPC.11(多选)(2020滨州市高二期中)如图7所示是某款电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成，电动机的内阻为r40 ，已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时电吹风的功率为110 W，吹热风时电吹风的功率为990 W，关于该电吹风，下列说法正确的是()图7A电热丝正常工作时的电阻为55 B电动机工作时的电流为5.5 AC当电吹风吹热风时，电动机每分钟消耗的电能为6 600 JD电动机的机械功率为100 W答案ACD解析电热丝和电动机并联，两

25、端电压均为220 V，吹热风和吹冷风状态下电动机功率相等，PM110 W，所以电热丝电阻的功率PR990 W110 W880 W，由R 55 ，A对；电动机工作时的电流为IM A0.5 A，B错；当电吹风吹热风时，电动机每分钟消耗的电能为QPMt11060 J6 600 J，C对；PM110 W，IM0.5 A，所以电动机的热功率P热IM2r0.5240 W10 W，则电动机的机械功率P机110 W10 W100 W，D对12.如图8所示是一直流电动机工作时的电路图电动机内阻r0.8 ，电路中另一电阻R10 ，直流电压U160 V，理想电压表示数UV110 V求：图8(1)通过电动机的电流；(

26、2)输入电动机的总功率；(3)电动机输出的机械功率答案(1)5 A(2)550 W(3)530 W解析(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压URUUV(160110) V50 V通过电阻R的电流IR A5 A即通过电动机的电流IMIR5 A.(2)电动机的分压UMUV110 V输入电动机的总功率P总IMUM550 W.(3)电动机的热功率P热IM2r20 W电动机输出的机械功率P出P总P热530 W.13一台电风扇的额定功率是60 W，内阻为2 ，当把它接在220 V的电压下时可以正常运转(1)求电风扇正常运转时，通过它的电流多大？每秒钟有多少电能转化为机械能？(2)若接上电源后，电风扇因故

27、不能转动，这时通过它的电流多大？电风扇实际消耗的电功率多大？此时可能会发生什么问题？答案(1)0.27 A59.85 J(2)110 A24 200 W电风扇将被烧坏解析(1)电风扇正常运转，消耗的功率为额定功率PUI，所以I A0.27 A，由能量守恒定律WQE，得PtI2RtE，所以EPtI2Rt59.85 J.(2)电风扇不转动时，相当于纯电阻，由欧姆定律得UIR，所以I A110 A，实际消耗的电功率P W24 200 W由于电风扇实际消耗的电功率远大于其额定功率，且电能全部转化为内能，电风扇将被烧坏14图9为电动机提升重物的装置示意图，电动机线圈电阻为r1 ，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A，重物A所受的重力为20 N，不计摩擦力图9(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？(2)电动机的输入功率和输出功率各是多少？(3)电动机在10 s内可以把重物A匀速提升多高？(4)这台电动机的机械效率是多少？答案(1)1 W(2)5 W4 W(3)2 m(4)80%解析(1)根据焦耳定律，热功率为P热I2r121 W1 W.(2)输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积，即P入IU15 W5 W.输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率，即P出P入P热5 W1 W4 W.(3)电动机输出的功率用来提升重物，转化为机械功率，在10 s内有P出tGh.解得h