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5焦耳定律主题2电路及其应用学科素养与目标要求物理观念：1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.科学思维：1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算.3.通过有关实例，让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系.2.了解公式Q＝I2Rt(P＝I2R)、Q＝U2tR(P＝U2R)的适用条件.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习达标检测课时对点练预习新知夯实基础检测评价达标过关注重双基强化落实重点探究启迪思维探究重点自主预习一、电功和电功率1.电功(1)电功是指电路中力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是能转化为其他形式能的过程.(2)电功的计算公式：W＝.单位：，符号为.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“”，1kW·h＝J.静电电IUt焦耳J度3.6×106Wt2.电功率(1)定义：单位内电流所做的功.(2)公式：P＝＝.(3)单位：，符号为.(4)意义：表示电流做功的.时间UI瓦特W快慢二、焦耳定律1.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟成正比，跟导体的及成正比.(2)表达式：Q＝.2.热功率(1)定义：内的发热量称为热功率.(2)表达式：P＝.(3)物理意义：表示电流的物理量.电流的二次方电阻I2Rt通电时间单位时间I2R发热快慢即学即用1.判断下列说法的正误.(1)电功率越大，表示电流做功越多.()(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.()(3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.()(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.()×√√√2.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为____.I2解析根据Q＝I2Rt得，电阻变为原来的2倍，Q2电流变为原来的12，时间不变，Q′＝I22·2R·t＝12I2Rt＝12Q.重点探究一、电功和电热的理解电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？导学探究答案电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转化为内能.1.电功和电功率W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路.2.电热和热功率Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率.3.纯电阻电路与非纯电阻电路(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等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能.知识深化纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系W＝Q即IUt＝I2RtW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他电功率和热功率的关系P＝P热，即IU＝I2RP＝P热＋P其他即IU＝I2R＋P其他4.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较欧姆定律是否成立U＝IR，I＝成立U＞IR，I＜不成立说明W＝UIt、P电＝UI适用于任何电路计算电功和电功率Q＝I2Rt、P热＝I2R适用于任意电路计算电热和热功率只有纯电阻电路满足W＝Q，P电＝P热；非纯电阻电路WQ，P电P热URUR例1(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UII2RD.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路√√U2R√串联电路并联电路功率分配总功率P＝P1＋P2＋…＋PnP＝P1＋P2＋…＋Pn二、纯电阻电路中的功率分配及计算2.串、并联电路中的功率关系1.在纯电阻电路中，由于W＝Q，I＝UR，所以有UI＝I2R＝U2R.P1P2＝R1R2P1P2＝R2R13.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫做额定功率.当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率.(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率.例2(2018·西安高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内A.由Q＝I2Rt可知，电炉的发热量减小B.由Q＝UIt可知，电炉的发热量不变C.由Q＝t可知，电炉的发热量增大D.无法确定U2R√解析将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，因此由公式Q＝t可知，在相同时间t内，电炉的发热量Q增大，选项C正确.U2R例3额定电压都是110V、额定功率PA＝100W、PB＝40W的灯泡两盏，若接在电压为220V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是√三、非纯电阻电路功率的分析与计算1.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI.(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r.(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝IU－I2r.(4)电动机的效率：η＝P出P入×100%＝IU－I2rIU×100%.2.串、并联电路的总功率(1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…)I＝P1＋P2＋P3＋…(2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…)＝P1＋P2＋P3＋…从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.例4(2018·九江一中月考)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；把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A.(1)求这台电动机的内阻；解析电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r＝U0I0＝0.20.4Ω＝0.5Ω答案0.5Ω(2)求电动机正常工作时的输出功率；解析电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2×1W＝2W线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5W＝0.5W则电动机正常工作时的输出功率P出＝P总－P热＝2W－0.5W＝1.5W答案1.5W(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？解析电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率P＝U2r答案8W＝220.5W＝8W.例5小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1Ω)与规格为“4V4W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5Ω的电阻串联，然后接至U＝12V的电源上，如图1所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：(1)通过电动机的电流；答案0.6A图1(2)电动机的输出功率P出；解析电动机消耗的总功率P′＝ULI＝4×0.6W＝2.4W电动机的热功率P热＝I2r＝(0.6)2×1W＝0.36W电动机的输出功率P出＝P′－P热＝2.4W－0.36W＝2.04W答案2.04W(3)电动机的效率.答案85%解析电动机的效率：η＝P出P′×100%＝2.042.4×100%＝85%.[学科素养]通过以上两题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式，并能区别应用电功率、热功率的相关公式进行相关计算，充分体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.针对训练如图2所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W图2√达标检测A.P＝I2RB.P＝U2RC.P＝IUD.P＝I2R＋U2R1.(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是√1234解析家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确.图32.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流且正常工作，在相同时间内A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率√1234√√3.(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足A.R2＝9R1B.R2＝6R1C.R2＝3R1D.R1＝R2√图41234解析设每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1＝PR2，即(3I)2R1＝I2R2，故R2＝9R1，所以选项A正确.4.(非纯电阻电路功率的计算)(2018·清华附中期中)小电瓶车的电源电动势为12V，电源内阻不计，电动机线圈电阻为1Ω，当它以5m/s的速度在水平地面匀速行驶时，受到的摩擦力为7.2N，求此时通过电动机线圈的电流.1234答案6A解析电瓶车匀速运动时，F＝Ff＝7.2N，由P＝Fv可知，电瓶车输出功率：P＝7.2×5W＝36W，电动机的输出功率P出＝UI－I2r＝36W，代入数据得：12I－I2＝36计算得出：I＝6A.课时对点练一、选择题考点一电功、电功率1.室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器.如果进线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不能同时使用的是A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器√123456789101112解析电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2860W.用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故C正确.2.如图1所示为某两个电阻的U－I图象，则电阻之比R1∶R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是A.2∶12∶11∶2B.2∶11∶22∶1C.1∶21∶22∶1D.1∶22∶11∶2123456789101112√图13.(多选)有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6V，额定功率分别为6W、3W，将它们接在电路中，下列说法正确的是A.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WB.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5WC.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WD.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W√123456789101112√解析根据R＝U2P得，RA＝RB＜RC＝RD.由电路图知，UB＝UC，根据P＝U2R知PB＞PC；4.A、B为“220V100W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220V40W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图2所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为A.PA＝PB，PC＝PDB.PA＝PD＞PB＝PCC.PD＞PA＞PB＞PCD.PB＞PC＞PD＞PA√123456789101112因为IA＝ID，根据P＝I2R知，PD＞PA.流过A、D的电流大于流过B、C的电流，由P＝I2R知，PA＞PB，PD＞PC，所以PD＞PA＞PB＞PC.图2考点二焦耳定律、热功率5.关于电功W和电热Q的说法正确的是A.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝QB.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于QC.W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D.W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立√123456789