2020-2021學(xué)年高中物理第3章恒定電流第3節(jié)焦耳定律學(xué)案魯科版3-1

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第3節(jié)焦耳定律［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.知道電功的看法，掌握電功和電功率的計算。（物理看法)2。知道焦耳定律，會依照焦耳定律計算用電器產(chǎn)生的電熱。(科學(xué)思想）3.知道純電阻電路與非純電阻電路的差別，會結(jié)合實質(zhì)，區(qū)分電功和電熱。(科學(xué)思想）一、電能電功和電功率的比較電功電功率看法電場力對定向搬動的自由單位時間內(nèi)電流所做的功電荷所做的功公式W＝qU＝UItP＝錯誤!＝UI單位焦耳，符號J瓦特，簡稱瓦,符號W物理意義描述電能轉(zhuǎn)變成其他形式描述電流做功的快慢的能的多少二、焦耳定律1．內(nèi)容：電流經(jīng)過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的二次方成正比，與-1-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時間成正比.2．公式：Q＝I2Rt。3．單位：焦耳，簡稱焦,符號J。三、身邊的電熱1．電熱水器、電飯鍋等家用電器是利用了電流的熱效應(yīng)，其電阻絲都是由電阻率較大的資料制成的。2．電焊是在焊接的金屬接觸面上經(jīng)過電流，利用接觸電阻產(chǎn)生的熱量獲取適合焊接的高溫，從而對接觸面進(jìn)行焊接的一種方法。3．插頭和插座之間、電線連接處若是接觸不良，都會產(chǎn)生大電阻,簡單發(fā)熱，甚至迸出火花。4．電視機(jī)和顯示器的后蓋有很多孔，計算機(jī)的CPU要安裝散熱片及風(fēng)扇,都是為了散熱。1．思慮判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”）(1）千瓦時（kW·h）是電功的常用單位。1kW·h＝3。6×106J。（√)(2）電流做功的過程中，電能轉(zhuǎn)變成其他形式的能.（√)（3）電功率越大，電流做功必然越快。(√）（4)任何電路都有W＝Q,即UIt＝I2Rt。(×）-2-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精［提示]只有純電阻電路中W＝Q.2．(多項選擇)對電功及焦耳定律公式的理解正確的選項是(）．焦耳定律適用于所有電路的焦耳熱的求解B．電功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都適合于任何電路，因此W不用然等于QC．非純電阻電路中的電功可能等于焦耳熱D．電功的另一表達(dá)式W＝錯誤!t適用于任何電路AB[任何電路的熱功以及焦耳熱的求解都可用焦耳定律求解，A正確;B選項中的兩個公式均適合于任何電路,但W不用然等于Q，B正確；在非純電阻電路中的電功必然大于焦耳熱，C錯誤；W＝錯誤!t只適用于純電阻電路,D錯誤。]3．在直流電路中,兩個電阻的阻值之比R1∶R2＝2∶1，經(jīng)過的電流之比I1∶I2＝2∶1，則在相等時間內(nèi)兩個電阻產(chǎn)生的熱量之比Q1∶Q2為(）A．1∶1B．2∶1C．4∶1D．8∶1［已知兩個電阻的阻值之比是2∶1，經(jīng)過的電流之比是2∶1，則相等時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比錯誤!＝錯誤!＝錯誤!錯誤!×錯誤!＝錯誤!，故D-3-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精正確。］電功和電功率電熱和熱功率1.對電功的理解(1)從力的角度看，電流做功的實質(zhì)是電場力對自由電荷做功。(2)從能的角度看,電流做功過程是電能轉(zhuǎn)變成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)志住電能轉(zhuǎn)變成其他形式的能的多少.(3）電功W＝UIt＝qU對任何電路都適用。2．對電功率的理解1）電功率P＝錯誤!＝UI對任何電路都適用。2）額定功率和實質(zhì)功率①額定功率:用電器正常工作所耗資的功率。②實質(zhì)功率：用電器在實質(zhì)電壓下電流做功的功率。3．電熱和熱功率（1）電熱的計算公式為Q＝I2Rt。(2)熱功率的計算公式為P熱＝I2R。4．電功和電熱的比較-4-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精電功電熱由于電流的熱效應(yīng)，電流實質(zhì)電場力對自由電荷做的功經(jīng)過導(dǎo)體發(fā)熱計算公式W＝qU＝UItQ＝I2Rt聯(lián)系與區(qū)純電阻電路中，電功等于電在非純電阻電路中，電功別熱，即W＝Q大于電熱，即W〉Q電功率與純電阻電路中，電功率等于非純電阻電路中，電功率熱功率熱功率，即P＝UI＝I2R＝錯誤!大于熱功率，即UI〉I2R【例1】(多項選擇)有一內(nèi)阻為4。4Ω的直流電動機(jī)和一盞標(biāo)有“11060W”的燈泡串通后接在電壓為220V的直流電源兩端，燈泡正常發(fā)光,則（)A．直流電動機(jī)耗資的電功率為120WB．直流電動機(jī)的發(fā)熱功率為60WC．直流電動機(jī)耗資的電功率為60WD．電路耗資的總功率為120W思路點撥:①流過電動機(jī)和燈泡的電流相等。②依照公式P＝UI和P＝I2r計算電功率和熱功率.CD“[燈泡正常發(fā)光"說明燈泡的實質(zhì)電壓為110V,電流I＝錯誤!-5-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精A＝錯誤!A，電動機(jī)兩端的電壓為110V，電動機(jī)耗資的電功率為110V×錯誤!A＝60W，選項A錯誤，C正確；直流電動機(jī)的發(fā)熱功率為錯誤!錯誤!×4.4W＝1。3W，選項B錯誤;電路耗資的總功率為錯誤!220W＝120W，選項D正確.］四個電學(xué)公式的適用范圍(1)電功W＝UIt＝qU寬泛適用。（2)I＝錯誤!為電流的定義式，寬泛適用。(3)I＝錯誤!只適用于純電阻電路。（4)電熱Q＝I2Rt寬泛適用。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1.在現(xiàn)代生活中，充電寶是手機(jī)一族出行的必備品.當(dāng)充電寶電量不足時，需要給充電寶充電，此時充電寶相當(dāng)于可充電的電池，充電過程可簡化為以下列圖電路。先給一充電寶充電，充電電壓為5V，充電電流為1000mA，充電寶的內(nèi)阻為0。2Ω。試求：(1)充電寶的輸入功率;(2）充電寶內(nèi)阻耗資的熱功率;-6-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精（3)一分鐘內(nèi)充電寶儲蓄的電能。［解析］（1）充電寶的輸入功率為－3P入＝UI＝5×1000×10W＝5W。(2）充電寶內(nèi)阻耗資的熱功率為P熱＝I2r＝12×0.2W＝0.2W。（3）一分鐘內(nèi)充電寶儲蓄的電能為Q＝P入t－P熱t(yī)＝5×60J－0.2×60J＝288J。[答案］（1)5W(2)0。2W（3)288J純電阻電路和非純電阻電路1。純電阻電路與非純電阻電路(1)純電阻電路:電流經(jīng)過純電阻電路做功時，電能所有轉(zhuǎn)變成導(dǎo)體的內(nèi)能。2）非純電阻電路:含有電動機(jī)或電解槽的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中，電流做的功將電能除了轉(zhuǎn)變成內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或化學(xué)能。2．純電阻電路和非純電阻電路的比較項目純電阻電路非純電阻電路-7-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的W＝Q即IUt＝I2Rt＝錯誤!tW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他關(guān)系電功率和P＝P熱即IU＝I2R＝錯誤!P＝P熱＋P其他即IU＝I2R＋P其熱功率他的關(guān)系歐姆定律可否U＝IR,I＝錯誤!成立U＞IR,I＜錯誤!不成立成立【例2】小明準(zhǔn)備參加玩具賽車比賽，他想經(jīng)過實驗優(yōu)選一只能量變換效率較高的電動機(jī)，實驗時他先用手捏住電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動，爾后放手，讓電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動，分別將2次實驗的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表格中。請問：電動機(jī)的電壓/V電動機(jī)工作狀態(tài)經(jīng)過電動機(jī)的電流/A0.2不轉(zhuǎn)動0.4-8-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2。0正常轉(zhuǎn)動1.0(1）這只電動機(jī)線圈的電阻為多少？(2）當(dāng)電動機(jī)正常工作時，轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的功率是多少？3）當(dāng)電動機(jī)正常工作1min時,電動機(jī)耗資的電能是多少？4）該玩具電動機(jī)正常工作時電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的效率是多少？思路點撥：［解析](1）電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，是純電阻電路，依照歐姆定律得:r＝錯誤!＝錯誤!Ω＝0。5Ω。（2)當(dāng)電動機(jī)正常工作時，P機(jī)＝UI－I2r＝(2×1－12×0。5)W＝1.5W。(3）當(dāng)電動機(jī)正常工作1分鐘時，電動機(jī)耗資的電能E＝UIt＝2×1×60J＝120J。（4）電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的效率η＝錯誤!×100%＝錯誤!×100%＝75%。-9-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精[答案](1)0.5Ω（2)1.5W（3）120J(4)75％若上例中用此電機(jī)豎直吊起質(zhì)量為m＝0.1kg的物體，則其正常工作時物體勻速上升的速度是多大？(取g＝10m/s2）［解析]由例題可知，該電機(jī)正常工作時,輸出功率P機(jī)＝1.5W.由P機(jī)＝mg·v可知v＝錯誤!＝錯誤!m/s＝1.5m/s。［答案]1。5m/s電動機(jī)電路的解析與計算錯誤!2．一臺小型電動機(jī)在3V電壓下工作，用此電動機(jī)提升重力為4N的物體時，經(jīng)過電動機(jī)的電流是0。2A.在30s內(nèi)可將該物體勻速提升3m。若不計除電動機(jī)線圈生熱之外的能量損失，求：(1）電動機(jī)的輸入功率；(2)在開始提升物體后的30s內(nèi)，電動機(jī)線圈所產(chǎn)生的熱量；-10-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精(3)線圈的電阻。[解析］(1)電動機(jī)的輸入功率P入＝IU＝0.2×W3＝0.6W。（2)電動機(jī)提升物體的機(jī)械功率P機(jī)＝Fv＝G·錯誤!＝4×錯誤!W0。4W,由能量守恒定律得P入＝P機(jī)＋P熱，故P熱＝P入－P機(jī)＝(0.6－0。4）W＝0。2W,因此電動機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量Q＝P熱t(yī)＝0.2×30J＝6J。(3）依照焦耳定律Q＝I2Rt可得線圈電阻R＝錯誤!＝錯誤!Ω＝5Ω。[答案］（1)0。6W（2)6J（3）5Ω課堂小結(jié)知識脈絡(luò)個看法——電功、電功率、電熱、熱功率個公式-—W＝IUt、P＝IU、QI2Rt、P熱＝I2R個電路——純電阻電路和非純電阻電路1．以下家用電器在工作時，主要利用電流熱效應(yīng)的是（)-11-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精A．電熨斗B．電冰箱C．吸塵器D．電風(fēng)扇［電熨斗是利用了電流的熱效應(yīng)來產(chǎn)生熱量的,故A正確。電冰箱利用電動機(jī)帶動工作，利用了電流的磁效應(yīng)，故B錯誤。吸塵器工作時，主要將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，不是利用電流的熱效應(yīng)，選項C錯誤。電風(fēng)扇主若是把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，是利用了電流的磁效應(yīng)，故D錯誤.］2．(多項選擇)甲、乙兩只一般照明燈泡的銘牌以下列圖，以下說法正確的選項是(）A．甲燈的實質(zhì)功率必然總是40WB．將乙燈接入110V電路中，它的額定功率仍為60WC．兩燈均正常發(fā)光時，甲燈燈絲電阻較大D．兩燈均正常發(fā)光時,甲燈耗資的電能較少BCD[燈泡的銘牌上標(biāo)志的是額定電壓和額定功率，當(dāng)工作電壓不是220V時，燈泡的實質(zhì)功率不再是額定功率，但額定功率不會隨電壓變化而變化，A錯誤，B、D正確；由R＝錯誤!可知C正確。］3．利用超導(dǎo)資料零電阻的性質(zhì),可以實現(xiàn)無耗費輸電?，F(xiàn)有素來-12-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精流電路，輸電線的總電阻為0。4Ω，它供給給用電器的電功率為40kW，電壓為800V。若是用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜取代原來的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變,那么節(jié)約的電功率為（）A．1kWB．1.6×103kWC．1.6×10－3kWD．10kW[節(jié)約的電功率為原來輸電線耗資的功率，由焦耳定律有P＝I2R。依照輸電線供給給用電器的功率和電壓可知輸電線中的電流I滿足P0＝UI，由以上兩式有P＝錯誤!錯誤!R＝錯誤!錯誤!×0.4W＝1000W。選項A正確.］4．某商場安裝了一臺傾角為30°的自動扶梯，該扶梯在電壓為380V的電動機(jī)帶動下以0.4m/s的恒定速度向斜上方搬動,電動機(jī)的最大輸出功率為4.9kW。不載人時測得電動機(jī)中的電流為5A，若載人時扶梯的搬動速度和不載人