1、第3節(jié)焦耳定律1.自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)而形成電流，電場(chǎng)力對(duì)電荷做的功，叫電功，WqUUIt。2單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功就是電功率，PUI。3電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比，公式為QI2Rt。4純電阻電路中電功和電熱相等，非純電阻電路中電功大于電熱。電能1.電功(1)定義：當(dāng)接通電路時(shí)，電路中就建立了電場(chǎng)，自由電荷在電場(chǎng)力的作用下定向運(yùn)動(dòng)而形成電流，這時(shí)電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做了功，就是我們常說的電功。(2)公式：WqUUIt。(3)單位：在國(guó)際單位制中是焦耳，符號(hào)：J，常用單位還有千瓦時(shí)(kW·h)，俗稱“度”，1 kW·

2、h3.6×106_J。(4)物理意義：指電能和其他形式能的轉(zhuǎn)化過程。2電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功。(2)公式：PUI。(3)單位：瓦特，符號(hào)：W。(4)物理意義：描述電流做功的快慢。1用電器兩端電壓為220 V，這意味著()A1 A電流通過用電器時(shí)，消耗的電能為220 JB1 C正電荷通過用電器時(shí)，產(chǎn)生220 J的熱量C1 A電流通過用電器時(shí)，電流的發(fā)熱功率為220 WD1 C正電荷從高電勢(shì)端移到低電勢(shì)端時(shí)，電場(chǎng)力做功220 J解析：由WUIt知，因時(shí)間未知，通過1 A電流消耗的電能無法確定，故A錯(cuò)。若是純電阻，發(fā)熱功率為220 W，但若不是純電阻，發(fā)熱功率則小于220

3、 W，C選項(xiàng)錯(cuò)。移動(dòng)1 C正電荷電場(chǎng)力做功WUq220 J，D選項(xiàng)正確。只有在純電阻電路中，電能才全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，B選項(xiàng)錯(cuò)。答案：D焦耳定律身邊的電熱1焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。(2)公式：QI2Rt。(3)單位：焦耳，簡(jiǎn)稱焦，符號(hào) J。(4)微觀解釋：導(dǎo)體中的電子在電場(chǎng)力作用下做定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)與金屬離子不斷碰撞，碰撞時(shí)把一部分動(dòng)能傳遞給離子，使離子熱運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱。2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材料制成的。(2)電焊是在焊接的金屬接觸面上通過電流，

4、利用接觸電阻產(chǎn)生的熱量得到適合焊接的高溫，從而對(duì)接觸面進(jìn)行焊接的一種方法。(3)插頭和插座之間、電線連接處如果接觸不良，都會(huì)產(chǎn)生大電阻，容易發(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(jì)算機(jī)的CPU要安裝散熱片及風(fēng)扇，都是為了散熱。1對(duì)焦耳定律的理解(1)電流流過導(dǎo)體時(shí)消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分叫電熱。(2)在一段電路中只有純電阻元件時(shí)，QWUIt，由UIR可得QI2Rt。(3)焦耳定律是電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，凡是計(jì)算電熱都可以用焦耳定律。2純電阻電路與非純電阻電路的具體區(qū)別純電阻電路與非純電阻電路是物理學(xué)中的兩種常見電路，列表區(qū)分如下：純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電

5、阻元件用來發(fā)熱或者只能發(fā)熱除電阻外還有能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的用電器電流、電壓、電阻的定量關(guān)系滿足歐姆定律I不滿足歐姆定律，但是遵循能量守恒定律即UItI2RtW，所以UIR或IU/R能量轉(zhuǎn)化形式電流做功將全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即WQI2Rtt電流做功除了部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還有部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，即WUIt，QI2Rt能量轉(zhuǎn)化流程基本計(jì)算公式WQUIttI2RtqUWQW其他計(jì)算電熱的公式上述公式均可用只能用QI2Rt來計(jì)算電熱元件舉例電阻、電燈、電熱毯、電爐絲等電動(dòng)機(jī)、電鈴、電解槽、蓄電池等2有一只電風(fēng)扇，標(biāo)有“220 V50 W”字樣，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為0.4 ，把它接入220 V的電

6、路中，以下幾種計(jì)算時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生熱量的方法中，正確的是()AQU2·t/RBQPtCQ(P/U)2·Rt D以上三種方法均正確解析：由于電風(fēng)扇是非純電阻電路，故A、B錯(cuò)；由PUI得I，再由QI2Rt知C正確。故選C。答案：C純電阻電路電功、電熱的計(jì)算例1已知某電爐的規(guī)格為“220 V 1 000 W”。(1)求它在正常工作時(shí)的電阻；(2)若電壓只有200 V，求其實(shí)際功率。思路點(diǎn)撥(1)根據(jù)用電器的規(guī)格標(biāo)示可以知道其額定電壓和額定功率，從而可求出電阻；(2)若利用P可求出實(shí)際功率。解析(1)由于電爐是純電阻用電器，故PUI，則R 48.4 (2)若電壓U200 V時(shí)，則實(shí)際功

7、率P W826.4 W答案(1)48.4 (2)826.4 W借題發(fā)揮 (1)純電阻用電器，電壓、電流、電阻三者關(guān)系滿足歐姆定律，電功率與電熱功率相等。(2)燈泡、電爐等常用的純電阻用電器，嚴(yán)格地說，常溫下的電阻與正常工作時(shí)的電阻不同，不同工作溫度下的電阻也不同；但若沒有特別說明，則不考慮溫度對(duì)電阻率的影響，即電阻為定值。1一根電阻絲，通過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4 C的電荷量，該電阻絲上所加電壓和消耗的電能分別是()A4 V,16 JB8 V,16 JC4 V,32 J D8 V,32 J解析：設(shè)電阻絲電阻為R，開始所加電壓為U1，則W1q1U1，即82U1，故

8、U14 V。設(shè)后來所加電壓為U2。產(chǎn)生的熱量為W2，則I2又I1由得U2U1×4 V8 VW2q2U24×8 J32 J答案：D非純電阻電路電功、電熱的計(jì)算例2(2012·福州高二檢測(cè))某電動(dòng)機(jī)線圈電阻為1 ，接在220 V的直流電壓下，工作電流為1 A，則電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為_，發(fā)熱損耗的電功率為_，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為_。思路點(diǎn)撥電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，其中只有部分能量消耗在線圈發(fā)熱上，是一個(gè)非純電阻電路，此時(shí)計(jì)算電功率的三個(gè)公式PUI、PI2R、P不能等效互換。解析(1)公式PUI可計(jì)算電動(dòng)機(jī)消耗的總功率，因此電動(dòng)機(jī)消耗的總電功率：P總UI220

9、W。(2)PI2R只能計(jì)算發(fā)熱損耗的電功率，發(fā)熱損耗的電功率：P熱I2R1 W。(3)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率可用電動(dòng)機(jī)消耗的總功率減去發(fā)熱損耗的電功率，所以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為P機(jī)P總P熱219 W。答案220 W1 W219 W借題發(fā)揮 非純電阻電路中歐姆定律I不成立，功率公式P不成立，原因是電壓U加在電動(dòng)機(jī)兩端，不是電阻R兩端的電壓。2一臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電壓為220 V，額定電流為4 A，讓這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作，則下列說法正確的是()A電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功的功率為880 WB電動(dòng)機(jī)內(nèi)發(fā)熱功率為880 WC電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為55 D電動(dòng)機(jī)的額定功率為880 W解析：電動(dòng)機(jī)額定功率PUI880 W，電動(dòng)機(jī)不是純

10、電阻元件，額定功率等于發(fā)熱功率與對(duì)外做功功率之和，故D對(duì)，A、B錯(cuò)。而電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻不能用額定電壓與額定電流的比值計(jì)算，C錯(cuò)。答案：D含電機(jī)電路的綜合問題 例3如圖331所示，為電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，電動(dòng)機(jī)線圈電阻r1 ，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為5 V，電路中的電流為1 A，求：(1)電動(dòng)機(jī)線圈電阻上消耗的熱功率是多少？ 圖331(2)電動(dòng)機(jī)輸入功率和輸出功率各是多少？(3)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率是多少？審題指導(dǎo)解答此題需注意以下四點(diǎn)：(1)利用公式P內(nèi)I2r求解電動(dòng)機(jī)消耗的熱功率。(2)利用公式P入U(xiǎn)I求解電動(dòng)機(jī)的輸入功率。(3)利用公式P出P入P內(nèi)求解電動(dòng)機(jī)的輸出功率。(4)機(jī)械效率×10

11、0%。解析(1)電動(dòng)機(jī)線圈上消耗的熱功率P熱I2r12×1 W1 W(2)電動(dòng)機(jī)輸入功率P入U(xiǎn)I5×1 W5 W電動(dòng)機(jī)輸出功率P出P入P熱5 W1 W4 W(3)電動(dòng)機(jī)效率×100%80%。答案(1)1 W(2)5 W4 W(3)80%借題發(fā)揮 電動(dòng)機(jī)的功率和效率(1)輸入功率：電動(dòng)機(jī)的總功率。由電動(dòng)機(jī)電路的電流和電壓決定，計(jì)算：P總UI。(2)輸出功率：電動(dòng)機(jī)做有用功的功率。(3)熱功率：電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時(shí)要發(fā)熱，熱功率P熱I2r。(4)功率關(guān)系：P總P出P熱。(5)電動(dòng)機(jī)的效率：。3上題中，若物體重為20 N，不計(jì)摩擦力，10 s時(shí)間可以勻速把

12、物體提升多高？解析：法一：根據(jù)能量守恒定律，電動(dòng)機(jī)輸出的能量全部轉(zhuǎn)化為物體的重力勢(shì)能P出tmgh得h m2 m。法二：電動(dòng)機(jī)通過繩子對(duì)外做功，則輸出功率等于繩子拉力功率，即P出F v又因物體勻速，故Fmg0得v m/s故hvt2 m答案：2 m隨堂基礎(chǔ)鞏固1關(guān)于四個(gè)公式：PUI；PI2R；P；P。下列敘述正確的是()A公式適用于任何電路的電功率B公式適用于任何電路的電熱功率C公式適用于任何電路電功率D上述沒有一個(gè)正確解析：PUI、P適用于任何電路電功率的計(jì)算，而PI2R適用于任何電路熱功率的計(jì)算，故A正確；P只適用于純電阻電路中電功率及熱功率的計(jì)算，故B、C、D錯(cuò)。答案：A2關(guān)于電功率的下列說

13、法中，正確的是()A用電器的額定功率與用電器的實(shí)際電壓和實(shí)際電流有關(guān)B用電器的實(shí)際功率取決于用電器的額定功率C白熾燈正常工作時(shí)，實(shí)際功率等于額定功率D電功率越小，則電流做功越少解析：用電器的額定功率是它正常工作時(shí)的功率，其值是由用電器本身的結(jié)構(gòu)決定的，與實(shí)際電流和電壓無關(guān)，故A錯(cuò)C對(duì)；而用電器實(shí)際功率是多大，是由加在它兩端的電壓和通過的電流決定的，故B錯(cuò)；電流做功的多少不僅與功率的大小有關(guān)，還與時(shí)間有關(guān)，故D錯(cuò)。答案：C3若不考慮燈絲電阻隨溫度變化的因素，把一只標(biāo)有“220 V100 W”字樣的燈泡接入電壓為110 V的電路中，燈泡的實(shí)際功率是()A75 W B50 WC25 W D10 W解

14、析：由P可知PU2，故當(dāng)電壓從220 V變?yōu)?10 V時(shí)，燈泡的實(shí)際功率變?yōu)樵瓉淼模珻對(duì)。答案：C4有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2 V電壓的電路時(shí)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過電動(dòng)機(jī)的電流是0.4 A，若把它接入2 V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1 A。(1)求電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率。(2)如在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為多大？(提示：電動(dòng)機(jī)在電路中轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為純電阻用電器)解析：(1)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，說明電動(dòng)機(jī)無機(jī)械能輸出，它消耗的電能完全轉(zhuǎn)化為熱能，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可看做純電阻，則rU/I0.5 。當(dāng)加電壓為2 V、電流為1 A時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常工作，有機(jī)械能輸出，此時(shí)

15、電動(dòng)機(jī)為非純電阻電路，消耗的電能等于轉(zhuǎn)化的機(jī)械能和熱能之和。轉(zhuǎn)化的熱功率為P熱I2R0.5 W總功率P總UI2 W，則輸出功率P出P總P熱1.5 W。(2)若在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)被卡住，電動(dòng)機(jī)無機(jī)械能輸出，看做純電阻電路，此時(shí)的電熱功率為：P熱 W8 W。答案：(1)1.5 W(2)8 W課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(滿分50分時(shí)間30分鐘)一、選擇題(本題共7小題，每小題5分，共35分)1關(guān)于電功，下列說法中正確的有()A電功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力所做的功B電功是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的量度C電場(chǎng)力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運(yùn)動(dòng)的速率越來越大D電流通過電動(dòng)機(jī)時(shí)的電功率和熱功率相等解析：電場(chǎng)力移動(dòng)電荷時(shí)對(duì)電荷所做的功叫

16、電功，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度，A對(duì)，B、C、D錯(cuò)。答案：A2如圖1所示，有一內(nèi)電阻為4.4 的電解槽和一盞標(biāo)有“110 V, 60 W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則()A電解槽消耗的電功率為120 W 圖1B電解槽的發(fā)熱功率為60 WC電解槽消耗的電功率為60 WD電路消耗的總功率為120 W解析：燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110 V電壓，且干路電流II燈 A，則電解槽消耗的功率PP燈60 W，C對(duì)A錯(cuò)；電解槽的發(fā)熱功率P熱I2R1.3 W，B錯(cuò)；整個(gè)電路消耗的功率P總220 V×120 W，D正確。答案：CD3(2012

17、3;佛山高二檢測(cè))下列說法正確的是()A家庭生活中，常說的“1度”電，指的是電功率的單位B功率是1 kW的空調(diào)正常工作1 h所消耗的電功是1度C1度等于1 000 JD1度等于 3.6×106 W解析：“度”是電功的單位，1度1 kW·h1 000 W×3 600 s3.6×106 J，故A、C、D錯(cuò)誤。功率為1 kW的空調(diào)正常工作1 h消耗的電功為WPt1 kW·h1度，故B正確。答案：B4下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是()A.電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多BWUIt適用于任何電路，而WI2Rtt只適用于

18、純電阻的電路C在非純電阻電路中，UII2RD焦耳熱QI2Rt適用于任何電路解析：電功率公式P，功率越大，表示電流做功越快。對(duì)于一段電路，有PUI，I，焦耳熱Q()2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)。所以，P越大，Q不一定越大，A不對(duì)。WUIt是電功的定義式，適用于任何電路。而I只適用于純電阻電路，B對(duì)；在不是純電阻的電路中，電流做的功焦耳熱其他形式的能，所以WQ，即UII2R，C正確。QI2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確，所以B、C、D對(duì)。答案：BCD5有一只燈泡的燈絲斷了，通過轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡燈絲接通，再接入電源后，所發(fā)生的現(xiàn)象及其原因是()A燈絲電阻變小，通過它的電流變大

19、，根據(jù)PI2R，電燈亮度不變B燈絲電阻變大，通過它的電流變小，根據(jù)PI2R，電燈變暗C燈絲電阻變小，它兩端的電壓不變，根據(jù)P，電燈變亮D燈絲電阻變大，它兩端的電壓不變，根據(jù)P，電燈變暗解析：轉(zhuǎn)動(dòng)燈泡燈絲重新搭接后，l變短，由R，R減小，而燈泡兩端電壓不變，故C正確。答案：C6有一臺(tái)標(biāo)稱值為“220 V50 W”的電風(fēng)扇，其線圈電阻為0.4 ，在它正常工作時(shí)，下列求其每分鐘產(chǎn)生的電熱的四種解法中正確的是()AI A，QUIt3 000 JBQPt3 000 JCI A，QI2Rt1.24 JDQt×60 J7.26×106 J解析：電風(fēng)扇是一種在消耗電能過程中既產(chǎn)生機(jī)械能，又

20、產(chǎn)生內(nèi)能的用電器，對(duì)這樣的用電器，應(yīng)注意區(qū)分電功與電熱，對(duì)每分鐘產(chǎn)生熱量的計(jì)算只能根據(jù)QI2Rt求解。答案：C7改革開放以來，我國(guó)人民生活水平和生活質(zhì)量有了較大的改善，電冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)等家用電器得到了普遍使用。下面列出了不同品牌的電視機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)和電冰箱銘牌上的主要項(xiàng)目，試判斷正常工作時(shí)，其中功率最大的是()A54 cm彩色電視接收機(jī)，工作電壓170240 V，工作頻率50 Hz，額定功率85 WBBC­65B電冰箱，額定電壓220 V，工作頻率50 Hz，額定功率70 W，耗電量0.50 kW·h/24hCFS­69電風(fēng)扇，規(guī)格400 mm，額定電壓220