焦耳定律(公开课)

焦耳定律讨论几个用电器的能量转化情况，并发现相同点a、电流流过电炉b、电流流过电解槽c、电流流过电风扇•→电能转化为热能→电能转化为化学能和热能→电能转化为机械能和热能相同的特点：电能转换为热能能量转换情况：一、电流的热效应：导体中有电流通过时，导体要发热，这种现象叫电流的热效应1.纯电阻电路：2.非纯电阻电路：电路中只有电阻元件，电流做功，电能全部转化为内能电流做功，电路中电能转化为内能和其他形式的能量二、两种电路：如白炽电灯、电炉、电热毯、电热棒等如电路中含用电动机、电解槽等思考：水流推动水轮机可以做功，电流通过用电器也会做功，那如何计算电流通过用电器所做的功呢？三、电功：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积．2.单位：在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千瓦时（kW·h）.W=ＵＩｔW=qUq=It1kW·h＝3.6×106J1.定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功．四、电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率．（１）一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积．（２）物理意义：电功率表示电流做功的快慢．（３）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）．1kW＝103W＝106mW4．用电器的额定功率和实际功率(1)额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率．为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率．例题1.有一个额定电压为220V的白炽灯，它在额定电压工作是的电流为0.5A，在白炽灯正常工作8小时的情况下，问：（1）白炽灯的功率是多少？（2）在工作8小时后，电流做功多少？（3）消耗了多少度电？解：（1）P=UI=220×0.5W=110W（2）W=UIt=220×0.5×8×3.6×103J=3.168×106J（3）=0.88KW•hWn=1KWh五、焦耳定律（实验定律）1、内容：六、热功率：3、适用于一切电路（纯电阻电路、非纯电阻电路）中电热的计算。电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积2.电能全部转化为内能：Q=W=IUt欧姆定律：U=IRQ=I2RtRItQP2计算热功率的普适公式为:I2RtQP例2、对计算任何用电器的热功率都适用的公式是()RIP2Ａ．UIPＣ．QD.P=tRUP2Ｂ．例3、一只“220V45W”的电烙铁，在额定电压下使用，每分钟产生的热量是()A、45JB、220JC、2700JD、9900JC例3：一根60Ω的电阻丝接在36v的电源上，在5分钟内共产生多少热量？解：A6.060V36RUI6480J300606.022RtIQ分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。纯电阻电路:电能→内能QI2RtWUIt=I=U/RM非纯电阻电路:电能→内能+其它形式的能WW-QQUItI2RtI＜U/R说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路！＞指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!指转化为内能的那部分电能!纯电阻电路:电能→内能QI2RtWUIt=I=U/R非纯电阻电路:电能→内能+其它形式的能UItI2RtI＜U/R说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路！＞电能→内能电功与电热1、纯电阻电路：W＝UIt＝I2RtP＝UI＝I2RQ＝I2Rt＝UIt＝W2、非纯电阻电路：含有电动机、电解槽的电路，欧姆定律不再适用电功W＝Q+E其它=UIt≠I2Rt电功率P＝UI≠I2R电热Q＝I2Rt≠UIt例4、一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈电阻为2Ω，线圈中电流为10A。这台电动机正常工作1S消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（）A．W=3800J，Q=200JB．W=3800J，Q=3800JC．W=72200J，Q=200JD．W=72200J，Q=3800JA解:据能量守恒定律得:IUt=I2Rt+W故电动机每分钟所做的机械功为:W=(IU-I2R)t=(5×220-52×0.4)×60J=6.5×104J针对练习一、一个电动机，线圈电阻是0.4，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少?针对练习二：一电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作．(1)在求电动机正常工作1min所消耗的电能时，有以下两种不同的解法：解法一：W＝IUt＝0.8A×2V×60s＝96J解法二：W＝I2Rt＝(0.8A)2×1Ω×60s＝38.4J你认为哪种解法对，请作出判断并说明理由．(2)求电动机正常工作1min所转化的机械能是多少？解：(1)解法一对．因为电动机工作时电能没有全部转化为内能，而大部分转化为机械能．解法二求出的是电动机工作时产生的电热，只占所消耗电能的一部分．(2)电动机工作1min消耗的电能为W＝IUt＝0.8A×2V×60s＝96J电动机工作1min产生的电热为Q＝I2Rt＝(0.8A)2×1Ω×60s＝38.4J电动机工作1min转化成的机械能为W机械＝W－Q＝96J－38.4J＝57.6J.纯电阻电路：只含有电热元件的电路（如白炽灯、电炉、电烙铁；及转子被卡住的电动机（欧姆定律成立）．非纯电阻电路：电路中含有在转动的电动机或有在发生化学反应的电解槽的电路（欧姆定律不成立）1.电功:IUtW2.电功率:IUtWP3.电热:RtIQ2=4.热功率:RItQP2对纯电阻电路:电功=电热电功率=热功率对非纯电阻电路:电功电热电功率热功率电功和电功率、电热和热功率电功与电热1、纯电阻电路：W＝UIt＝I2RtP＝UI＝I2RQ＝I2Rt＝UIt＝W2、非纯电阻电路：含有电动机、电解槽的电路，欧姆定律不再适用电功W＝UIt≠I2Rt电功率P＝UI≠I2R电热Q＝I2Rt≠UIt3．纯电阻电路和非纯电阻电路电路类型纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有纯电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器是否遵循欧姆定律遵循欧姆定律，I＝UR不遵循欧姆定律，由IUt＝I2Rt＋W其他知，UIR或IUR能量转化电流做功全部转化为内能，即W＝Q＝IUt＝I2Rt＝U2Rt电流做功转化为内能和其他形式的能，即W＝Q＋W其他，其中W＝IUt，电热Q＝I2Rt举例电阻、电炉、白炽灯电动机、电解槽、日光灯[例1]一只规格为“220V2000W”的电炉，求在正常工作时的电阻。若电网电压为200V，求电炉的实际功率。在220V电压下，如果平均每天使用电炉2h，求此电炉一个月要消耗多少度电？(一个月＝30天)2、下图所示的电路中，三电阻串联，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则P1：P2：P3等于()A、2：3：6B、6：3：2C、1：2：3D、3：2：1R1R2R3在串联电路中，功率跟电阻成正比。A在并联电路中，功率跟电阻成反比。3、下图所示的电路中，三电阻并联，其阻值R1=2Ω，R２=3Ω，R３=6Ω，电路总电压为U，各电阻消耗的功率分别为P1、P2、P3，则P1：P2：P3等于()A、2：3：6B、6：3：2C、1：2：3D、3：2：1D例2：某电动机上标有“220V,2A”它的线圈电阻为5Ω，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？解：消耗的电能为:W总=UIt=220V×2A×60S=26400J线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5Ω×60S=120J得到的机械能为：W机=W总－Q=26400J－120J=25200J例题【例3】一台电动机电阻为0.5Ω，正常工作时通过的电流为20A，在10s内转化的机械能为4.2×104J，求：在这10s内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？W＝2.0×103J＋4.2×104J＝4.4×104J.解：电动机产生的热量为Q＝I2Rt＝2.0×103J根据W＝Q＋E机，得【触类旁通】3．一台直流电动机线圈电阻r＝1Ω，与一阻值R＝10Ω的电阻串联，当电路两端加U＝150V的电压时，电动机正常工作，且电压表示数为100V，求电动机消耗的功率及输出的机械功率．图2－5－3解：电阻R两端的电压为UR＝U－UM＝150V－100V＝50V则电路中的电流I＝A＝5A电动机消耗的功率为P＝IUM＝5×100W＝500W电动机线圈电阻r的发热功率为P热＝I2r＝25W则电动机输出的机械功率为P机＝P－P热＝500W－25W＝475W.URR＝5010•1、如图所示为“iPad”的充电器，参数标有5V2.1A，表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A，电板充满电所储存的电能是113400J。充电时的能量转换是电能转化为______（化学/内）能。若“iPad”充电时以最大输出电流充电，要将空电板充满电需要______h，小明觉得充电时间太长了，他想为什么苹果公司在设计时不把最大输出电流提高呢？这样可以实现快速充电，于是他请教了物理老师，老师告诉了他一个信息，影响锂电池寿命的最大杀手是电板发热，小明恍然大悟，请你解释其中的原因________。化学3由于电流热效应，充电电流越大，单位时间电池产生的热越多，容易损坏电板