物理第二章恒定电流2_5焦耳定律学案新人教版选修3_1.doc

1、1第 5 节 焦耳定律研究学考明确要求考试要求知识内容 焦耳定律学考 c 选考 c基本要求1.知道电流做功的实质，知道电流做功对应的能量转化。2会推导电功和电功率的表达式。3知道在纯电阻电路中，电能全部转化为导体的内能。4知道焦耳定律，会用焦耳定律推导导体热功率的表达式。5会计算电路中的电功、电功率、电热和热功率。发展要求 知道 P UI、 P 、 P I2R 的区别、联系和适用范围。U2R基 础 梳 理1电功(1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压 U、电路中的电流 I、通电时间 t 三者的乘积。(2)公式： W qU UIt。(3)单位：国际单位为焦耳，符号为 J。常用单

2、位为千瓦时(kWh)。亦称为“度” ，1 度3.610 6 J。(4)实质：电流通过一段电路所做的功，实质是电场力在这段电路中对电荷做的功。(5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程。电功的大小量度着电能的转化，它标志着有多少电能转化为其他形式的能。2电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。(2)表达式： P UI。Wt(3)单位：瓦特，符号 W。常用的单位还有千瓦(kW)，1 kW1_000_W。(4)物理意义：反映电流做功的快慢。(5)额定功率：用电器在额定电压下工作的电功率。特别提醒 用电器上标注的功率是它们的额定功率，是用电器的额定电压下(或通过额定电2流时)长

3、时间正常工作的最大功率。用电器在实际工作时的电功率为实际功率，实际功率可能大于、小于或等于额定功率，为保护用电器，实际功率应小于或等于额定功率。典 例 精 析【例 1】 如图 1 所示电路中， R1 R3P1P3P4C P2P1P4P3 D P1P2P3P4解析 设 R1、 R2、 R3、 R4的电流分别为 I1、 I2、 I3、 I4，则 I1 I2 I3 I4，故P1 I R1P3 I R3，即 P2P1P3又因为 U3 U4， R3I4，即21 2 21 23P3P4故 P2P1P3P4，综上选项 B 正确。答案 B在纯电阻电路中， W qU UIt I2Rt。 P UI I2R。qUt

4、即 学 即 练1(2018浙江名校协作体模拟)如图为某智能手机电池上的信息，电池支持“9V 2A”快充技术，电池充满仅需约 1.3 小时，轻度使用状态可使用一天。下列说法正确的是( )A9.88 Wh 为该电池的电荷量B4.35 V 为该电池的电动势C轻度使用时的平均功率约 1 WD根据数据可以计算得到该电池的容量约为 2 600 mAh解析 9.88 Wh 为电池储存的电能，A 错；3.8 V 为该电池的电动势，B 错；轻度使用时的平均功率 P W0.41W，C 错；该电池的容量 Q It2Wt用 9.88241 0001.3 mAh2 600 mAh，D 正确。答案 D3基 础 梳 理1焦

5、耳定律(1)内容：电流通过导体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)公式： Q I2Rt。(3)单位：焦耳，符号是 J。(4)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能。特别提醒 电热是电能转化为内能的量度。只要电路中有电阻元件，电流通过电路时必产生电热，焦耳定律是一切电路中计算电热的普适公式。2热功率(1)定义：单位时间内的发热量叫热功率。(2)表达式：热功率即电能转化为内能的功率 P I2R。Qt(3)单位：瓦特，符号 W。(4)实质：电能转化为内能的功率。特别提醒 在任何电路中，总有电功率大于或等于热功率，即 UI I2R。只有在纯电阻电路中， I

6、2R UI 。U2R3纯电阻电路和非纯电阻电路(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的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能。(3)两种电路的比较纯电阻电路 非纯电阻电路能量转化情况直观图电功和电热的关系 W Q 即 IUt I2Rt tU2R W Q E 其他UIt I2Rt E 其他电功率和热功率的关系 P P 热 ，即 IU I2RU2R P P 热 P 其他 即IU I2R P 其他欧姆定律是否成立 U IR I 成立UR UIR IQ2 D W1IR U1，

7、B 错误；电流做的功W1 U1It， W2 U2It 故 W1UB，则下列说法正确的是( )A两灯正常发光时，灯泡的电流 IAIBB两灯电阻 RARB，由 P UI 可知额定电流 IAPB；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P ，所以 PAIUR， P1P2，B、C、D 错误，A 正确。答案 A4(2017温州选考模拟)扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图 1 为“iRobot”扫地机器人，已知其电池容量2 000 mAh，额定工作电压 15 V，额定功率 30 W，则下列说法正确的是( )图 1A扫地机器人的电阻是 10B题中“mAh”是能量的

8、单位C扫地机器人正常工作时的电流是 2 AD扫地机器人充满电后一次工作时间约为 4 h解析 扫地机器人不是纯电阻，无法求出其电阻为 10 ，A 错误；mAh 是电荷量单位，不是能量单位，B 错误；由 P UI 可得 I 2 A，C 正确；工作时间 t 1 h，D 错误。PU QI答案 C5通过电阻 R 的电流为 I 时，在时间 t 内产生的热量为 Q；若电阻为 2R，电流为 ，则在I2时间内 t 内产生的热量为( )A4 Q B2 QC. D.Q2 Q4解析 由电热公式 Q I2Rt 可得： Q( )22Rt I2Rt Q。故 C 正确。I2 12 12答案 C6有一只电风扇，标有“220 V

9、 50 W” ，电动机线圈的电阻为 0.4 ，把它接入220 V 的电路中，以下几种计算时间 t 内产生热量的方法，正确的是( )A Q B Q PtU2tRC Q( )2Rt D以上三种方法均正确PU解析 对纯电阻电路电热的计算可用 Q UIt I2Rt ，而电风扇工作时不能看成纯电U2tR阻电路，故电热计算要用 Q I2Rt 计算，而电流计算 I 用于任何电路，所以 C 项正确。PU9答案 C7如图 2 所示，有一内电阻为 4.4 的电解槽和一盏标有“110 V 60 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( )图 2A电解槽消耗的电功率为 120 WB电

10、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解析 灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得 110 V 电压，且电流 I I 灯 ，60 W110 V则电解槽消耗的功率 P P 灯 60 W，C 对、A 错；电解槽的发热功率P 热 I2R1.3 W，B 错；整个电路消耗的功率 P 总 220 V 120 W，D 错误。60 W110 V答案 C8加在某电动机上的电压是 U，电动机消耗的电功率为 P，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( )A P B.U2rC. D PP2rU2 P2rU2解析 因为 P IU， I ，所以 P 热

11、( )2r，故选项 C 正确。PU PU答案 C9如图 3 所示的电路中，L 1、L 2是两个不同的小灯泡， a、 b 间有恒定的电压，它们都正常发光，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，不可能发生的现象是( )图 3AL 1亮度不变，L 2变暗BL 1变暗，L 2变亮C电路消耗的总功率变小10D流过滑动变阻器的电流变小解析 滑动变阻器的滑片向右滑动时阻值增大，并联部分的电阻变大，分得电压变大，所以 L2两端电压增大，变亮。L 1分得电压变小，L 1变暗，A 不可能，B 可能；因为滑动变阻器电阻变大，总电阻变大，由 P 可知， U 一定， P 减小，即电路总功率减小，C 可能；U2R又因为总电阻增大

12、，总电流减小，而 L2电压变大，电流变大，所以流过变阻器的电流减小，D 可能。答案 A10一辆电瓶车，质量为 500 kg，由内阻不计的蓄电池组向直流电动机提供 24 V 的电压，当电瓶车在水平地面上以 0.8 m/s 的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为 5 A，设电瓶车所受的阻力是车重的 0.02 倍，则此电动机的内阻为( g 取 10 m/s2)( )A4.8 B3.2 C1.6 D0.4 解析 根据能量守恒定律可得 2450.02500100.85 2r，解得 r1.6 ，选项C 正确。答案 C11微型吸尘器的直流电动机 M 的内阻一定，加在 M 两端的电压为 0.3 V 时，通过 M

13、 的电流为 0.3 A，M 不转动。当加在 M 两端的电压为 2.0 V 时，通过 M 的电流为 0.8 A，M 正常工作，求：(1)电动机内电能转化为热能的功率 P 热 ；(2)电能转化为机械能的功率 P 机 ；(3)吸尘器的效率 。解析 (1)M 不转动时为纯电阻用电器，则 M 的内阻为r 1 U1I1 0.30.3M 正常工作时，电能转化为热能的功率为P 热 I2r0.8 21 W0.64 W(2)电能转化为机械能的功率为P 机 P P 热 U2I2 P 热 0.96 W(3)吸尘器的效率 100% 100%60%P机P P机U1I1答案 (1)0.64 W (2)0.96 W (3)6

14、0%12表中是一辆电动自行车说明书上的一些技术参数，根据表中提供的信息，探究以下问题：规格 后轮驱动直流电机车型 26电动自行车 额定输出功率 120 W11整车质量 30 kg 额定电压 40 V最大载重 120 kg 额定电流 3.5 A(1)在额定电压下工作时，该电机的内阻是多少？其效率为多大？(2)假设行驶过程中所受阻力是车和人总重的 0.02 倍，在最大载重量的情况下，人骑车行驶的最大速度为多大？( g 取 10 m/s2)解析 (1)由题目提供的表可知，电机的输出功率为 P 出 120 W，额定电压为 U040 V，额定电流为 I03.5 A电机正常工作时输入功率为P 入 U0I0

15、403.5 W140 W所以电机的效率为 100% 100%85.7%P出P入 120140设电机的内阻为 r，则由欧姆定律知 P 入 P 出 I r20解得 r1.63 (2)设车的质量为 m，由题意知，行驶时所受阻力为F 阻 k(M m)g当达到最大速度 vmax时，应用 P 出 F 阻 vmax解得 vmax4 m/s。答案 (1)1.63 85.7% (2)4 m/s13如图 4 所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻为 0.6 ，串联一个阻值为 R5 的电阻，它们两端的总电压为 U160 V，电压表读数为 110 V。求：图 4(1)通过电动机的电流；(2)电动机的输入功率；(3)电

16、动机的发热功率；(4)电动机工作 1 小时对重物做的功。解析 (1)根据题意得，加在电动机两端的电压 U1110 V 则电阻 R 的两端的电压 UR160 V110 V50 V，所以通过 R 的电流 I A10 A，故通过电动机的电流为 10 A；URR 505(2)电动机的输入功率为12P1 U1I110 V10 W1 100 W；(3)由焦耳定律得电动机的发热功率为P2 I2r10 20.6 W60 W；(4)由能量守恒可得电动机输出功率为P3 P1 P21 040 W，所以电动机工作一小时对重物做功为W P3t1 0403 600 J3.74410 6 J。答案 (1)10 A (2)1 100 W (3)60 W (4)3.74410 6 J