《焦耳定律》电功率PPT教学课件

第十八章电功率第4节焦耳定律知识管理1．电流的热效应定义：电流通过导体时电能转化成内能。应用：电炉、电熨斗、电饭煲、电热毯。2．焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量跟成正比，跟导体的成正比，跟成正比。电流的二次方电阻通电时间公式：Q＝I2Rt，在纯电阻电路中，电流做功使电能全部转化为内能，即电流所做的功全部用来产生热量，那么W＝Q，则有公式W＝Q＝I2Rt＝UIt＝U2Rt＝Pt。注意：若电路中接入的是电炉、电烙铁等“纯电阻性”的用电器，当电流通过时，消耗的电能全部转化为内能，此时消耗的电能与电热相等，即W＝Q，可以用计算电能的公式计算电热。当电路中接入的是电动机时，消耗的电能中大部分转化为机械能，电热只占小部分，即WQ，则只能用焦耳定律来求电热。3．电热的利用和控制利用：制造电热器，发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘材料上做成的。其优点是：①清洁卫生，没有环境污染；②热效率高；③可以方便地控制和调节温度。控制：装风扇和安散热窗等加快散热，防止电热危害电器。归类探究类型之一探究焦耳定律[2017·广西柳州]小明用如图甲和图乙所示的实验装置分别探究“电流通过导体产生的热量与电阻、电流的关系”。(1)图甲所示实验中通过来比较电流产生的热量的多少。(2)图甲中，为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入初温和相同的煤油，其中瓶中煤油的温度升高得快。(R镍铬合金丝R锰铜丝)温度计示数的变化质量a(3)图甲中，实验中选用煤油而不用水的原因是。(4)用如图乙所示的实验装置探究，得到的结论是。(5)本实验中的探究方法是和。煤油的比热容小，吸热相同时，温度升得高，实验现象明显在电阻和通电时间相同时，通过导体电流越大产生的热量越多控制变量法转换法【解析】(1)两电阻丝产生热量的多少是通过温度计示数的变化反映出来的。(2)探究两电阻丝通过电流后产生热量的多少时，应控制煤油的质量和初温相同；由图可知，此时电流相同，a的电阻要大于b的电阻，由焦耳定律可知，a产生的热量多，温度升高得快。(3)若将烧瓶中装水，则由Q＝cmΔt可知：相同质量的水和煤油，吸收相同的热量时，由于水的比热容较大，温度升高的度数少，温度计的示数变化不明显。(4)在电阻和通电时间相同时，通过导体电流越大产生的热量越多。(5)为保证通过两个电阻的电流总是相等，电阻串联；同时保证了它们的通电时间也相等，导体中产生的热量就只与电阻有关了，为此采用控制变量法；煤油吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的，这是采取的转换法。【方法归纳】探究实验时：(1)首先分析各个电阻的连接方式，然后根据串联、并联电路的电流特点，结合欧姆定律的应用分析。(2)吸热多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过温度计示数的变化来反映，体现的是转换思想。类型之二焦耳定律的应用[2018·山东临沂]小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆，内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为220V，额定功率为605W。问：(1)小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入6kg初温为20℃的水，加热系统的加热电阻正常工作15min将水加热到40℃，此加热过程中水吸收的热量是多少？消耗的电能是多少？[c水＝4.2×103J/(kg·℃)](2)当小明家的实际电压是200V时，加热电阻工作的实际功率是多少？(3)足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是12V(按摩系统将交流电压转换为12V)，工作电流为4A，其电阻为0.5Ω，电动机工作中因发热损失的功率是多少？解：(1)水吸收的热量为Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×6kg×(40℃－20℃)＝5.04×105J；加热时间t′＝15min＝900s，足浴盆加热时消耗的电能为W＝P额t′＝605W×900s＝5.445×105J。(2)由P＝U2R得，加热电阻的阻值为R＝U2额P额＝220V2605W＝80Ω，当小明家的实际电压是200V时，加热电阻工作的实际功率为P实＝U2实R＝200V280Ω＝500W。(3)电动机工作中因发热损失的功率为P损＝I2R′＝(4A)2×0.5Ω＝8W。答：(1)此加热过程中水吸收的热量是5.04×105J；消耗的电能是5.445×105J。(2)加热电阻工作的实际功率是500W。(3)电动机工作中因发热损失的功率是8W。【归纳总结】解答此题的关键是要注意电动机正常工作时的功率不等于发热功率。当堂测评1．[2018·山东潍坊]最先精确确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间关系的物理学家是()A．欧姆B．焦耳C．奥斯特D．法拉第B2．[2018·湖南邵阳]将规格都是“220V180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是()A．电冰箱产生的热量最多B．电脑产生的热量最多C．电热毯产生的热量最多D．三者产生的热量一样多C3．[2018·广东深圳]把两根阻值相同的电热丝串联接入电路，烧开一壶水所用时间为t0，若将这两根电热丝并联接入同一电路，则烧开同一壶水所需的时间为(不计热量损失)()A．t0B．12t0C.14t0D．2t0C【解析】两根阻值相同的电热丝串联后的总电阻为2R，两根阻值相同的电热丝并联后的总电阻为0.5R，烧开同一壶水所需要的热量是相等的，则Q＝W＝U22Rt0＝U20.5Rt，解得t＝14t0，故C正确。4．[2018·山东日照]利用甲、乙两图可以研究电流通过导体时产生热量的多少跟哪些因素有关。在保证各电路两端电压不变，通电相同时间后()CA．甲图中，左右两电阻发热量之比为2∶1B．甲图中，左右两电阻发热量之比为1∶4C．乙图中，左右两电阻发热量之比为4∶1D．乙图中，若将右侧容器上面的电阻拆除，右侧发热电阻的发热量变为原来的4倍【解析】甲图中为串联电路，电流相同，通电时间相同，电阻越大产生的热量越多，根据公式Q＝I2Rt可知，左右两电阻发热量之比为5Ω∶10Ω＝1∶2，故A、B错误；乙图中，电阻相同，通电时间相同，左边电流是右边电流的2倍，根据Q＝I2Rt可知，左右两电阻发热量之比为4∶1，故C正确；乙图中，若将右侧容器上面的电阻拆除，该电路为串联电路，电流相同，通电时间相同，电阻相同，产生的热量相同，故D错误。5．[2018·辽宁辽阳]如图所示实验装置，可用来探究通电时间相同时，电流通过导体产生的热量与的关系。将装置接在电压为3V的电源上，通电2min，电流通过电阻R2产生的热量为J。电阻24【解析】由图知，定值电阻阻值不同，串联时通过的电流相同，通电时间相同，所以探究的是电流产生的热量与电阻大小的关系；串联电路总电阻为R＝R1＋R2＝10Ω＋5Ω＝15Ω，电路电流为I＝UR＝3V15Ω＝0.2A，通电2min，电流通过电阻R2产生的热量为Q2＝I2R2t＝(0.2A)2×5Ω×2×60s＝24J。6.[2018·四川成都]如图所示，电热水壶上标有“220V1800W”字样，小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变热，但连接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体的电阻。在额定电压下，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为J。小3.6×105【解析】热水壶的发热体与电线串联，通过它们的电流及通电时间相等，但热水壶的发热体的电阻比电线的电阻大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，热水壶的发热体比电线产生的热量就多得多，所以发热体很热，但与之相连的电线却不怎么热；在额定电压下，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为Q＝Pt＝1800W×(3×60s＋20s)＝3.6×105J。7．[2018·甘肃兰州]探究“通电导体产生的热量Q与电阻R的关系”，他们选用了以下实验器材：两个完全相同的烧瓶，烧瓶内分别装有质量和初温相同的水和煤油，相同的温度计A和B，阻值分别为R1、R2的电阻丝(R1＜R2)，还有满足实验要求的电源、滑动变阻器、电流表、开关和导线。他们设计了如图所示的实验电路，进行如下实验：闭合开关，通电一段时间后，记下温度计A的示数为t1，温度计B的示数为t2，发现t1＜t2。请根据以上叙述回答下列问题：(1)实验中是通过观察来反映电流产生热量的多少。(2)请指出实验过程中存在的问题：。(3)实验改进后得出的结论是：。温度计示数的变化没有控制烧瓶中的液体的种类相同电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关；电阻越大，产生的热量越多分层作业1．[2018·北京]下列用电器中，利用电流热效应工作的是()A．电暖气B．计算器C．电视机D．笔记本电脑A2．[2019·北京朝阳区]下列情况中，属于防止电热危害的是()A．白炽灯泡B．用电饭锅煮饭C．冬天用电暖气取暖D．电脑机箱内有小风扇D3．[2018·广东深圳]如图为“探究焦耳定律”的实验装置。两个相同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油，通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高。下列说法正确的是()DA．通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这种方法是控制变量法B．右侧电阻丝的阻值比左侧小C．通过右侧电阻丝的电流比左侧小D．该装置用于探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系【解析】通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这属于转换法，故A说法错误；两个相同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油，通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高，说明电流通过右侧电阻丝产生的热量多；电流和通电时间均相同，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，右侧电阻丝的阻值大，故B说法错误；由图知，两电阻丝串联，根据串联电路的电流特点可知，各处的电流是相同的，故C说法错误；由前面分析可知，通过电阻丝的电流和通电时间均相同，但左右两侧电阻丝的阻值不同，所以探究的是电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系，故D说法正确。4．[2018·四川泸州]家用洗衣机的主要部件就是电动机，若一个洗衣机在220V电路中正常工作时通过的电流为2A，电动机线圈电阻为4Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为()A．960JB．7.26×105JC．2.64×104JD．440J5．[2018·贵州黔南州]1840年，英国物理学家最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系。从能量转化的角度看，电热器的电热丝工作时是将电能转化为能。A焦耳内6．[2017·辽宁本溪]图甲是用来探究“电流通过导体产生热量多少与电流大小关系”的实验装置，装置中R1、R2的阻值应(选填“相等”或“不相等”)。若R1＝10Ω，R2＝5Ω，实验时通过R2的电流为2A,1min内电流通过R2产生的热量为J;只将R1和R2连入如图乙所示装置，在相同时间里，电流通过R1和R2产生的热量之比为。相等12002∶1【解析】探究电流通过导体产生的热量多少与电流大小的关系时，根据控制变量法可知，应控制通电时间和电阻不变，而只有电流不同，因图甲中R1在两个电阻R2并联后的干路上，所以通过R1的电流与R2的电流不同，所以甲装置中R1、R2的阻值应相等；1min内电流通过R2产生的热量Q2＝I22R2t＝(2A)2×5Ω×60s＝1200J；图乙中R1和R2串联，因串联电路中电流处处相等，则根据焦耳定律可得，相同时间内产生热量之比为Q1∶Q2＝I2R1t∶I2R2t＝R1∶R2＝10Ω∶5Ω＝2∶1。7．[2017·湖南株洲]一台电风扇通电后电流I随时间t变化的图象如图所示，电流稳定后正常工作，设它正常工作一段时间内线圈产生的热量为Q1。后因机械故障叶片停止了转动，仍通电相同时间，线圈产生的热量为Q2。忽略温度对电阻的影响，则()A．Q1＝Q2B．Q1＞Q2C．Q1＜Q2D．条件不足，无法比较Q1和Q2的大小C【解析】题中给出的是电风扇通电后电流I随时间t变化的图象，由图知，电流稳定后电风扇正常工作电流为I′，刚接入电路时电流为I，且I＞I′，若电风扇接入电路的电压为U，由欧姆定律可得，电风扇电动机的电阻为R＝UI，电风扇正常工作t时间内产生的热量Q1＝(I′)2Rt＝(I′)