高中物理 第3章 恒定電流 第3節(jié) 焦耳定律課堂互動(dòng)教案 魯科版選修3-1

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第3節(jié) 焦耳定律課堂互動(dòng)三點(diǎn)剖析一、電功和電熱的區(qū)別與聯(lián)系1。功是能量轉(zhuǎn)化的量度，同樣，電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的量度.電熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度?？梢?jiàn)電功與電熱是兩個(gè)不同的物理量。因此電功的定義式是wiut，電熱的定義式是qi2rt.2。從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，電功與電熱的數(shù)量關(guān)系為：wq，即iuti2rt.在純電阻電路中，如白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋、電烙鐵等構(gòu)成的電路，電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電功等于電熱,歐姆定律成立，即wq或iuti2rt，在計(jì)算電熱和電功時(shí)，可采用w=q=iut=t=pt中任一形式進(jìn)行計(jì)算.在非純電阻電路中，如含有電動(dòng)機(jī)、電解槽、給蓄電

2、池充電等，電流做功將除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等，此時(shí)有wq，或iuti2rt，此種情況下，歐姆定律不成立，電功只能用公式wiut進(jìn)行計(jì)算,電熱只能用公式qi2rt計(jì)算。【例1】 一臺(tái)電動(dòng)機(jī)電阻為0.5 ，正常工作時(shí)通過(guò)的電流為20 a，在10 s內(nèi)轉(zhuǎn)化的機(jī)械能為4。2104 j.求:在這10 s內(nèi)電流做了功?電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量為多少?解析:電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)是非純電阻用電器，電功和電熱的公式不能通用。由于不知道加在電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，所以我們不能根據(jù)wiut求電功.但我們可以先計(jì)算電熱,然后再根據(jù)能量守恒求電功。電熱qi2rt2。0103 j，現(xiàn)根據(jù)wqe機(jī)，故w2.0103 j4。2

3、104 j4.4104 j。答案：4。4104 j2.0103 j溫馨提示在非純電阻電路中,電功wiut中的電壓uir，原因是加在電動(dòng)機(jī)兩端的電壓有兩個(gè)貢獻(xiàn)：使導(dǎo)體的電阻發(fā)熱，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。uir只對(duì)純電阻電路成立.二、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系1.區(qū)別:電功率是指輸入某段電路的全部電功率，或這段電路上消耗的全部電功率,決定于這段電路兩端電壓u和通過(guò)的電流i的乘積。熱功率是指在這段電路上因發(fā)熱而損耗的功率，其大小決定于通過(guò)這段導(dǎo)體中電流的平方和導(dǎo)體電阻的乘積.2。聯(lián)系：對(duì)于純電阻電路，電功率等于熱功率，計(jì)算時(shí)可用piui2r中任一形式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)非純電阻電路,電路消耗的電功率等于熱功率與機(jī)

4、械功率等其他形式的功率之和，即電功率大于熱功率.【例2】 有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī),把它接入0.2 v電壓的電路中，電機(jī)不轉(zhuǎn),測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為0。4 a,若把電動(dòng)機(jī)接入2。0 v電壓的電路中,電動(dòng)機(jī)正常工作,工作電流是1.0 a，求電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率是多大？如果在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是多大？解析：當(dāng)電動(dòng)機(jī)接入電壓為0。2 v電路時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),此時(shí)電動(dòng)機(jī)僅相當(dāng)于純電阻，設(shè)其電阻為r，由歐姆定律得:r= =0。5 當(dāng)電機(jī)接入2.0 v電路中時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，此時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗功率pu2i22。01。0 w2.0 w電動(dòng)機(jī)的電熱功率p熱i22r0。5 w電動(dòng)機(jī)的輸

5、出功率p出pp熱2。0 w-0。5 w1。5 w如果正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子突然被卡住，則電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于純電阻r，其上電壓即u2，所以電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率p熱=i2r= w8 w.此時(shí)電機(jī)將要被燒毀。答案：1.5 w8 w溫馨提示對(duì)這個(gè)題我們要注意兩點(diǎn)：是當(dāng)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)就相當(dāng)于一個(gè)純電阻，歐姆定律成立.而它正常工作時(shí)就不再是純電阻了，歐姆定律也不再成立。是電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于它消耗的電功率減去它的發(fā)熱功率.三、額定功率和實(shí)際功率【例3】 額定電壓都是110 v，額定功率pa100 w，pb40 w的a、b兩燈，接在220 v的電路中，使電燈均正常發(fā)光,能使電路消耗的電功率最小的電路是圖3-31中的(）圖33-

6、1解析：兩燈正常發(fā)光，兩燈的實(shí)際電壓等于其額定電壓，由p=可知rarb,根據(jù)串聯(lián)分壓關(guān)系，a圖中有ua110 v、ub110 v，兩燈不能正常工作，所以a錯(cuò)。圖中a和變阻器并聯(lián)后的電阻比a電阻還要小,即仍有ua110 v、ub110 v，所以b錯(cuò)。c和d圖中兩燈電壓均有可能為110 v,此時(shí)再看電路消耗的功率,c圖中燈a消耗功率100 w，燈b和變阻器并聯(lián)后的阻值與燈a相等,所以電路消耗的總功率為200 w,d圖中a、b兩燈并聯(lián)后的阻值與變阻器相等.所以變阻器消耗的功率為140 w，電路消耗的總功率為280 w。答案：c溫馨提示此類問(wèn)題的思路分兩步：先分清哪個(gè)電路的a、b燈能正常發(fā)光，這里可以

7、從電壓、電流、電功率三個(gè)量中任一個(gè)達(dá)到其額定值，其余兩個(gè)也達(dá)到額定值方面分析。確定了正常發(fā)光的電路后，再比較哪一個(gè)的實(shí)際功率小.可以用計(jì)算的方法去比較，也可以用定性分析法比較.各個(gè)擊破類題演練1一根電阻絲，通過(guò)2 c電荷量所消耗的電能是8 j,若在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)4 c的電荷量，該電阻絲上所加電壓和消耗的電能分別是()a。4 v，16 jb.8 v,16 jc。4 v，32 jd.8 v,32 j解析：設(shè)電阻絲電阻為r，開(kāi)始所加電壓u1，則w1q1u，即82u1，所以u(píng)14 v。設(shè)后來(lái)所加電壓為u2，產(chǎn)生的熱量為w2，則:i2=i1=由得u2=u1=8 vw2q2u232 j.答案：d變式提升

8、1有一個(gè)電解槽，額定電壓為220 v，額定電流為2。0 a，電阻為5。0 ,當(dāng)電解槽正常工作時(shí)，發(fā)熱消耗的功率p熱為_(kāi)，在1 min內(nèi)有_j的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。解析：電解槽是個(gè)非純電阻用電器，它消耗的電能一部分轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。由p熱i2r可知，它的發(fā)熱功率p熱20 w.它轉(zhuǎn)化成的化學(xué)能就等于它消耗的電能減去它轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能。即e化uiti2rt，代入數(shù)據(jù)可解得:e化2.52104 j。答案：20 w2.52104類題演練2一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過(guò)相同的電流，在相同時(shí)間內(nèi)()a。電爐放熱與電動(dòng)機(jī)放熱相等b。電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓c.電爐兩端電壓等于

9、電動(dòng)機(jī)兩端電壓d.電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率解析：電爐屬于純電阻，電動(dòng)機(jī)屬于非純電阻.對(duì)于電爐有：uir，放熱qi2rt.消耗功率pi2r，對(duì)于電動(dòng)機(jī)有uir,放熱qi2rt,消耗功率puii2r.答案：abd變式提升2如圖3-32所示的電路中，電源電壓為60 v，內(nèi)阻不計(jì)，電阻r2，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻r01。6 ，電壓表的示數(shù)為50 v，電動(dòng)機(jī)正常工作,求電動(dòng)機(jī)的輸出功率.圖3-3-2解析:電壓表的示數(shù)為電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，電源電壓已知，可得uru源-u電（60-50） v10 v由歐姆定律：i=5 a，對(duì)電動(dòng)機(jī),由能量關(guān)系有p電p熱p出所以p出p電p熱uii2r.代入數(shù)據(jù)得：p出210 w。答案：210 w類題演練3額定電壓為220 v,額定功率為40 w的燈泡，它的燈絲電阻為多少?如果把這只燈泡接在電壓為110 v的電路上，燈泡的實(shí)際功率為多少？（假設(shè)燈絲電阻不變）?解析：由于p=，所以燈泡的電阻r=1 210 當(dāng)燈泡所加電壓為110 v時(shí),不是在額定電壓下工作，所以,這時(shí)燈泡的實(shí)際功率不是40 w，而應(yīng)按實(shí)際所加的電壓進(jìn)行計(jì)算，有p實(shí)= w=10 w。答案：1 210 10 w變式提升3將兩個(gè)燈泡a（220 v 100 w)、b（220 v 25 w）串聯(lián)后接在電路pq段，如圖3-3-3所示,為使兩燈泡都