2-5焦耳定律

§5、焦耳定律想想他们有什么共同点？提问：在静电学中，我们怎样计算电场力做功？•①定义途径；•②利用电势差求电功——WAB=qUAB从能量转化的角度总结电路的某些规律探讨几个用电器的能量转化情况•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•1．电流通过一段电路时，自由电荷在电场力的作用下发生，对自由电荷做功．设一段电路两端的电压为U，通过的电流为I.在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量为(下图)，这相当于在时间t内将电荷q由这段电路的一端移动到另一端．从上一章讲的可知，电场力所做的功W＝，而q＝It，所以W＝.定向移动电场力q＝ItqUUIt在时间t内通过这段电路任一横截的电荷量．Itq则电场力做功qUWUItW电流做功的实质:电场力推动电荷做功电能转化为其它形式的能。Ｗ＝ＵＩｔ1．电功：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．UItW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．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）.1kW·h＝3.6×106J2．电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率．UItWP（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）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＝106mW３．额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，用电器在实际电压下工作的功率是实际功率．用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率．几种常见家用电器的额定功率用电路29吋彩电电熨斗电冰箱微波炉台灯额定电压（V）220220220220220额定功率（W）～150300～800100～150800～120040～60•P额是个定值，P实是个变值。P额≥P实。三、焦耳定律（实验定律）1、内容：2、定义式：Q＝I2Rt3、适用于一切电路（纯电阻电路、非纯电阻电路）中电热的计算。•非纯电阻电路和纯电阻电路？电能全部转化为内能如白炽电灯、电炉、电热毯等只有部分电能转化为内能。电路中含用电动机、电解槽等。电功率和热功率•将a类电路用能量守恒的关系写出完整的方程•写方程→化简→得出欧姆定律…•对b类和c类电路电路应用同样的关系，还能得出欧姆定律吗？•不能。•可以看出，并不是所有的用电元件都是适用欧姆定律的•ＵＩｔ＝Ｉ2Ｒｔ＋Ｅ其他•ＵＩｔ＝Ｉ2Ｒｔ＝Ｕ2ｔ／Ｒ非纯电阻电路纯电阻电路纯电阻电路: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:非纯电阻电路:电能→内能电能→内能+其它形式的能QI2RtWUIt=I=U/R电功=电热：W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R电功率=热功率：P=P热=UI=I2R=U2/RMWW-QQUIt＞I2RtI＜U/R电功：W=UIt电热：Q=I2Rt电功率：P=UI热功率：P热=I2R电功等于电热电功大于电热电热1.电功W定义：在一段电路中电场力所做的功,也就是通常说的电流所做的功,简称电功.公式：W=UIt单位：J2.电功率P定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率公式：P==W/t=UI单位：WkWkWh1kWh=3.6×106J小结：电功和电功率、电热和热功率3.焦耳定律内容：电流通过某导体，在时间t内产生的热量,跟电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。公式：Q=I2Rt公式：P热=Q/t=I2R单位：WkW4.热功率：P热导体在单位时间内发出的热量电功与电热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≠UIt1、加在某台电动机上的电压是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热功率为（）A．PB．U2/rC．P2r/U2D．P–P2r/U2非纯电阻电路中计算电功率只能用P=UI，热功率只能用P热=I2R课堂训练C2、某一用直流电动机提升重物的装置如图所示．重物的质量m＝50kg，电源电动势ε＝110V．不计内阻及各处的摩擦，当电动机以v＝0.90m／s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I＝5A，由此可知电动机线圈的电阻R＝。答案：4Ω典型例题•例2、把标有“220V100W”的灯泡接到220V的电路中，通过灯丝的电流I和实际功率各有多大？若接到110V的电路中结果又怎样？（假定灯丝的电阻不变。）解：灯泡的电阻R=U2/P=2202/100Ω=484Ω（1）灯泡接220V时，通过灯丝的电流I=U/R=220/484A=0.45A实际功率P=UI=220×220/484W=100W（2）灯泡接110V时，通过灯丝的电流I/=U//R=110/484A=0.23A实际功率P/=U/I/=110×110/484W=25W例3、把两个相同的电灯分别接成如图所示的两种电路，调节变阻器，使电灯都正常发光．若两电路消耗的总功率分别为P1、P2，两个变阻器R1、R2消耗的电功率分别为P1'、P2'，则可以判定()(A)P1＝2P2(B)P1＝P2(C)P1'＝2P2'(D)P1'＞2P2'答案：AD•例4、一根电阻丝在通过2C的电量时，消耗电能是8J。若在相同时间内通过4C的电量，则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为（）•A．U＝4VB．U=8V•C．E＝16JD．E=32J答案：BD•例5、有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A，若把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A。求：•（1）电动机正常工作时的输出功率。•（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器）答案：1.5W，8W例6、如图所示的电路中，电源电动势ε＝6V，内阻r＝1Ω，M为一直流玩具电动机，其电枢电阻R1=2Ω，限流电阻R2=3Ω，电压表示数为3.6V，求玩具电动机得到的电功率和转化为机械能的功率．答案：2.16W，1.44W例7、已知R1、R2都标有4W100Ω字样，而R3标有1W100Ω字样．按图中所示的电路连接，则A、B间允许消耗的最大电功率为W．答案：1.5W探究实验：给你玩具电风扇1台、干电池2节、电压表和电流表各1只、导线若干。请你设法测出电风扇的直流电阻，以及电风扇工作时总功率(电功率）和输出的机械功率。运行情况物理量卡住电压U（V）电流I（A）电阻R（Ω）总功率[电功率]（UI）（W）热功率I2R（W）机械功率UI-I2R（W）转动30.1300.30.3030.08300.240.1920.048电能→内能卡住：运转：M电能→机械能+内能小结：•1、公式W=UIt和P=UI是电功和电功率的一般表达式，适用于任何用电器，它表示用电器消耗的全部电功和电功率。而W=I2Rt=U2t/R和P=I2R=U2/R则是前面两公式与欧姆定律结合而导出的，它们实际上只适用于纯电阻电路。2、电流通过用电器做功的过程实际上是电能转化为其它形式的能的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其它形式的能。