新人教版物理選修3-1同步教學(xué)案：焦耳定律

1、第5節(jié)焦耳定律學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1 理解電功及電功率，理解電能和其他形式的能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系.2 知道焦耳定律的物理意義，掌握焦耳定律在生活中的應(yīng)用.3 從能量的轉(zhuǎn)化和守恒理解電功和電熱的區(qū)別，知道純電阻電路和非純電阻電路.1L$；：|自覩出(3課前預(yù)習(xí)自主學(xué)習(xí)、電功和電功率1電功(1)定義：電流在一段電路中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(shí)間t三者的乘積.公式：W=qU=Ut(適用于所有的用電器).單位：焦耳，符號(hào)：J.(4)實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的過(guò)程.2.電功率(1) 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流做的功，表示電流做功的快慢.W(2) 公式：p=U!(適用于任何電路).(3) 單

2、位：瓦特，符號(hào)：W.(4) 額定功率：當(dāng)用電器兩端的電壓或流過(guò)用電器的電流為額定值時(shí)，用電器正常工作此時(shí)用電器的功率就是額定功率.二、焦耳定律1焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比.2(2)表達(dá)式：Q=IRt.單位：焦耳，符號(hào)：J.實(shí)質(zhì)：電流通過(guò)做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能二2.熱功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量.公式：P=¥=<R.單位：瓦特，符號(hào)：W.實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率.要點(diǎn)1|純電阻電路與非純電阻電路1.兩種電路的比較兩種電路內(nèi)容純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻兀件，只能把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能除電阻外還包括

3、能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器服從歐姆定律不服從歐姆定律歐姆定律U1=RUU>IR或IVR能量轉(zhuǎn)化電流做功電能全部轉(zhuǎn)化為電熱電流做功電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動(dòng)機(jī)、電解槽等2.電功與電熱6純電阻電路'Q=JzRt公式關(guān)系uit=產(chǎn)皿或i*2rv=n擴(kuò)展關(guān)系|fUJt=2皿=Lt或U1=IA.任何電路中的電功W=Ult，電熱Q=IRt,且W=QKW=UJt非純電阻電路廠|Q=卩應(yīng)A轉(zhuǎn)化為其他形式的能公式關(guān)系fUlt>J2RtU>圧或UJ>72J【特別提醒不管是純電阻電路還是非純電阻電路，計(jì)算電功時(shí)都用W=Ult，電功

4、率都用P=UI,熱量都用Q=I2Rt，熱功率都用P=|2R，若用變形式時(shí)，就要考慮是否是純電阻電路.2B.任何電路中的電功W=Ult，電熱Q=IRt,且W有時(shí)不等于Q2C.電功W=Ult在任何電路中都適用，Q=IRt只在純電阻電路中適用D.電功W=Ult，電熱Q=|2Rt，只適用于純電阻電路【解析】W=Ult適用于求一切電路中的電功，Q=I2Rt適用于求一切電路中的電熱.在純電阻電路中，W=Q,在非純電阻電路中，W>Q.B選項(xiàng)正確.【答案】B名師方法總結(jié)1處理電路中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題時(shí)，一要明確電路是純電阻電路還是非純電阻電路，二要清楚題目求解的是電功還是電熱，再選用相應(yīng)的公式求解.（201

5、8伊春市二中期中）如圖所示為一未知電路，現(xiàn)測(cè)得兩個(gè)端點(diǎn)a,b之間的電阻為R,若在a,b之間加上電壓U，測(cè)得通過(guò)電路的電流為I，則該未知電路電功率一定為（）A.|2RC.UID.UI-I2R解析：圖示方框中是一個(gè)未知電學(xué)元件，可能是純電阻元件，也可能是非純電阻元件,電功率只能用P=UI,C選項(xiàng)正確.答案：C要點(diǎn)2|純電阻電路電功和電功率的計(jì)算1 電流通過(guò)純電阻電路，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，如電燈、電爐子、電烙鐵，歐姆定律適用于純電阻電路.22U2 .電功等于電熱，W=Q=Ult=IRt=Rt;U2電功率等于熱功率，P電=卩熱=Ul=|2R=U.R(1)當(dāng)電鍵S斷開(kāi)時(shí),R2接入電路3.串、并聯(lián)電

6、路中的功率關(guān)系串聯(lián)電路并聯(lián)電路功率分配PiRiP2-R2P1R2P2-R1功率關(guān)系P=Pi+P2+-+Pn1P=P1+P2+-+Pn1字樣,期例2)如圖所示的電路中，電源電壓U恒為12V,燈L標(biāo)有“6ViA”的R1的阻值為3Q.28的電阻有多少?(2)當(dāng)電鍵S閉合后，燈L消耗的電功率又是多少？若仍要燈L正常發(fā)光則R2又要調(diào)到阻值為多少？【解析】當(dāng)電鍵S斷開(kāi)時(shí)，L正常發(fā)光，PL=UI=6W;此時(shí)R?的電壓6=6V,電阻R2=半二6Q.電鍵S閉合后，Ril=RiRlRi+Rl=2Q,Ul'RilRil+R2UlRl1.5W,若要燈正常發(fā)光則燈泡電壓應(yīng)為6V,R2兩端的電壓為6V;電路中電流

7、I=豈=3A，則RilR2=2Q,要燈正常發(fā)光R2應(yīng)調(diào)為2Q.【答案】(1)6W6Q(2)1.5W2Q名師方法總結(jié)1在純電阻電路中電功W=Q=IUt=l2Rt=%t;另外應(yīng)熟練應(yīng)用串、并聯(lián)電路和歐姆定R律解題，還要注意串、并聯(lián)電路的功率分配情況.變式訓(xùn)練2一根電阻絲，通過(guò)2C電荷量所消耗的電能是8J.若在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)4C的電荷量，則該電阻絲上所加電壓和消耗的電能分別是A.4V,16JB.8V,16JC.8V,32JD.4V,32J解析：根據(jù)電功公式可知,電阻絲在通過(guò)2C的電量時(shí)，消耗的電能是8J,電壓U=罟16=4V，當(dāng)在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻絲的電量是4C時(shí)，根據(jù)電流的定義式可知，l=q,

8、I'=2I，由U=IR可知，電阻不變，此時(shí)電阻絲兩端電壓U'=2U=8V，電阻絲在這段時(shí)間內(nèi)消耗的電能W=q'U'=32J,C選項(xiàng)正確.答案：C要點(diǎn)3|電動(dòng)機(jī)問(wèn)題的解題技巧處理非純電阻電路的計(jì)算問(wèn)題時(shí)，要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功=電熱+其他能量”尋找等量關(guān)系求解.電動(dòng)機(jī)工作時(shí)所消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，一小部分才轉(zhuǎn)化為熱能.因此，在計(jì)算電動(dòng)機(jī)電路可用以下公式.1.電流做功是所消耗的總能量W總=UIt;工作所產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt;所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能W機(jī)=W總一Q=UItI2Rt.22.電流做功的功率P總=UI;其發(fā)熱功率P熱=I

9、R;轉(zhuǎn)化的機(jī)械功率P機(jī)=P總一P熱=UIi2r.如圖所示的電路中，電阻R=10Q,電動(dòng)機(jī)M的線(xiàn)圈電阻r=1Q,加在電路兩端的電壓U=100V，已知電流表的讀數(shù)為30A,求:(1) 通過(guò)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電流強(qiáng)度為多少？(2) 通電1min，電動(dòng)機(jī)M輸出的機(jī)械功為多少？【解析】(1)根據(jù)歐姆定律可知，通過(guò)R電流Ir=U=10A,根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可知，R通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流Im=IIr=20A.5(2)電動(dòng)機(jī)在1min內(nèi)消耗的電能W=UlMt=1.2X10J，電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量Q=lMrt=2.4X104J,電動(dòng)機(jī)在1min內(nèi)輸出的機(jī)械功W'=WQ=9.6x104J.【答案】(1)20A(2

10、)9.6x104J名師方法總結(jié)j含電動(dòng)機(jī)電路的分析與計(jì)算：并不是所有含有電動(dòng)機(jī)的電路都是非純電阻電路，要注意區(qū)分電動(dòng)機(jī)正常工作和被卡住兩種情況.(1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，要注意分清電功和電熱的關(guān)系，電動(dòng)機(jī)消耗的電能也就是電流做的功W=Ult，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能必須用Q=I2Rt來(lái)求，另外，還要注意能量守恒定律的應(yīng)用即W=Q+E(E為其他形式的能)或P入=P機(jī)+P熱，其中，P入=Ul,P熱=I2R,P機(jī)為機(jī)械功率.（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能，W=Q,即Ult=|2Rt.變式訓(xùn)練3-1,（多選）（2018太原市金河學(xué)校期中）下表列出了某品牌電動(dòng)自行車(chē)及所用電動(dòng)

11、機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計(jì)其自身機(jī)械損耗若該車(chē)在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛，則（）自重40kg額定電壓48V載重75kg額定電流12A最大行駛速度20km/h額定輸出功率350WA.電動(dòng)機(jī)的輸入功率為576WB.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為4QC.該車(chē)獲得的牽引力為104ND.該車(chē)受到的阻力為63N解析：根據(jù)功率公式可知，電動(dòng)機(jī)的輸入功率P入=UI=576W,A選項(xiàng)正確；電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)為非純電阻電路，不能用歐姆定律求內(nèi)電阻，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；電動(dòng)車(chē)速度最大時(shí)，P出處于勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，牽引力F與阻力Ff大小相等，F(xiàn)f=63N,C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選Vm項(xiàng)正確.答案：AD祖150ITf1Uin?®卻識(shí)反饋?zhàn)圆?/p>

12、自評(píng)1.下列關(guān)于電功的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）A導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)力移送電荷所做的功叫做電功B.電流做功的過(guò)程，就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程C電流做功消耗的能量，由電源供給D.電功就是電能解析：根據(jù)電場(chǎng)力做功的定義及特點(diǎn)，可以判斷A、B、C均正確.電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的量度，功和能量是不同的概念，D錯(cuò).答案：D%、2.如圖所示為兩條電阻絲的U-I圖線(xiàn)，甲、乙圖線(xiàn)分別與橫坐標(biāo)軸夾角為A. tana:tan3B. tan3:tana亠22C. tana:tan322D. tan3:tana解析：根據(jù)歐姆定律可知，U-I圖象的斜率表示導(dǎo)體的電阻，即R甲：R乙=tana：tan3,U2當(dāng)加相同的電壓時(shí)，

13、根據(jù)電功率公式p=土可知，電功率與電阻成反比，故兩個(gè)電阻絲功R率之比P甲：P乙=tan3:tana,B選項(xiàng)正確.答案：B3.如圖所示，把兩相同的燈泡分別組成甲、乙兩種電路，甲電路所加的電壓為8V,乙電路所加的電壓為14V調(diào)節(jié)變阻器Ri和R2使兩燈都正常發(fā)光，此時(shí)變阻器消耗的電AP甲P乙CP甲=P乙解析：設(shè)燈泡的額定電流為I，額定電壓為B.p甲vp乙D.無(wú)法確定U,根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律和功率公式得，P甲=(8U)2I,P乙=(142U)，比較可知，P甲P乙，A選項(xiàng)正確.答案：A40W，在不損壞燈泡的情況下，這4.如圖所示電路中，三個(gè)相同的燈泡額定功率都是三個(gè)燈泡消耗的總功率最大不應(yīng)超過(guò)()A.40WB.60WC.80WD.120W解析：分析電路可知，三個(gè)燈泡的電阻相等，L!和L2并聯(lián)后電阻相當(dāng)于L3電阻的一半，電壓為L(zhǎng)3的一半，燈泡L3正常發(fā)光，功率P=40W,燈泡Li和L2消耗的功率均為10W,總功率最大為60W,B選項(xiàng)正確.答案：B5.一直流電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)，在線(xiàn)圈兩端加電壓為0.3V,電流為0.3A.松開(kāi)轉(zhuǎn)軸，在線(xiàn)圈兩端加電壓為2V時(shí)，電流為0.8A,電動(dòng)機(jī)正常工作,求：(1) 該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，輸入的電功率；(2) 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率；(3) 若電機(jī)突然被卡住，求此時(shí)的熱功率.解析：(1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，消耗的