搜索
2．5焦耳定律学习目标学习重点考查热度理解电功、电功率及此过程中的能量转化的关系★★★★★知道焦耳定律的物理意义，掌握焦耳定律的应用★★★★★从能量的转化和守恒理解电功和电热的区别，知道纯电阻电路和非纯电阻电路★★★★★基础梳理一、电功1．电功：电场力对电荷所做的功，叫电功．2．公式：W＝Uq＝UIt，即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、通电时间t三者的乘积．3．单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳，符号为J，常用的单位还有千瓦时(kW·h)，也称“度”，1kW·h＝3.6×106J.4．实质：所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功，静电力做正功电势能减少，宏观称为消耗了电能．5．意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，电流做了多少功，就表明有多少电能转化为其他形式的能，即电功是电能转化为其他形式能的量度．二、电功率1．电功率：电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积．2．公式：P＝Wt＝UI.【公式理解】(1)电功率P＝UI适用于任何电路．(2)在纯电阻电路中，P＝I2R＝U2R.3．单位：瓦特，符号为W(国际单位制)，常用的还有千瓦(kW)，1kW＝1000W.4．意义：电功率表示电流做功的快慢．5．用电器的额定功率和实际功率(1)额定功率：用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率．(2)实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率．(3)用电器在实际工作中，实际功率与额定功率的关系P实≤P额．三、焦耳定律1．焦耳定律：电流在通过导体时，导体要发热，电能转化为内能，这就是电流的热效应，描述它的定量规律就是焦耳定律．(1)内容：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.(3)单位：焦耳，符号J.(4)焦耳定律的微观解释：在电场力的作用下，金属中做定向移动的自由电子频繁的与金属正离子发生碰撞，不断地把定向移动的动能传递给正离子，使粒子热运动加剧，从而把电能转化为内能，温度升高．(5)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能．2．热功率(1)定义：单位时间内的发热量叫热功率．(2)表达式：热功率即电能转化为内能的功率．P＝Qt＝I2R(3)单位：瓦特，符号W.(4)实质：电能转化为内能的功率．规律方法考点鸟瞰高考热度考点一：电阻的串并联电路中电功率分析和计算★★★★考点二：纯电阻电路和非纯电阻电路的比较★★★★考点三：含电动机的电路分析★★★★考点一电阻的串并联电路中电功率的分析和计算1．各电阻的电功率与电阻的关系串联电路中，电流相同，由P＝I2R可知，电功率跟电阻成正比；并联电路中，电压相同，由P＝U2R可知，电功率跟电阻成反比．2．串联电路中消耗的总功率P＝UI＝(U1＋U2＋…)I＝U1I＋U2I＋…＝P1＋P2＋…，即总功率等于串联各个电阻消耗功率之和．3．并联电路中消耗的总功率P＝UI＝U(I1＋I2＋…)＝UI1＋UI2＋…＝P1＋P2＋…，即总功率等于并联各个电阻消耗功率之和．某人从国外带回一台用电器，额定电压是110V，额定功率是25W，因不能适应我国的220V电网电压，而不能使用．有人建议将该用电器跟一只“220V，100W”的白炽灯串联后再接入220V的电路中，则下列说法正确的是()A．这台用电器能够正常工作B．这台用电器承受的实际电压会高于110VC．这台用电器承受的实际电压会低于110VD．白炽灯的实际功率等于25W【解析】用电器的额定电流为I＝25/110A＝0.227A，灯泡工作在220V电压下，其电阻为2202/100Ω＝484Ω，在串联电路里，灯泡工作电压小于220V，其实际阻值小于484Ω，两端电压U＜110V，这就意味着那台用电器承受实际电压会高于110V，即B选项正确．【答案】B考点二纯电阻电路和非纯电阻电路的比较1．两种电路的比较项目纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括电能转化为其他形式能的用电器欧姆定律服从欧姆定律I＝UR不服从欧姆定律UIR能量转化电流做功全部转化为内能电流做功除了转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等2.电功和电热的比较项目电功电热电功与电热的比较电功实质是静电力移动电荷做的功W＝qU＝UIt电热是由于电流的热效应，电流通过导体发热Q＝I2Rt电功与电热的区别纯电阻电路中，U＝IR，UIt＝I2Rt＝U2Rt电功等于电热非纯电阻电路中电流通过导体时，不仅发热，而且还能做功、电解、形成磁场等，在非纯电阻电路中电功大于电热，即WQ，UItI2Rt电功与电热的关系纯电阻电路中，P＝UI＝I2R＝U2R非纯电阻电路中，UII2R，U2Rt既不能表示电功，也不能表示电热有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V，60W”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【解析】灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝PU＝60110A，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝IU＝60W，C项正确，A项错误；电解槽的发热功率P热＝I2R内＝1.3W，B项错误；整个电路消耗的总功率P总＝U′I＝220×60110W＝120W，D项错误．【答案】C答疑解惑(1)部分电路欧姆定律I＝UR只适用于纯电阻电路而不适用于非纯电阻电路：对于纯电阻电路，电流做功W＝UIt，把电能全部转化成用电器的内能，产生的热量为Q＝I2Rt，由能量守恒定律可知W＝Q，即UIt＝I2Rt，化简得I＝UR，所以I＝UR适用于纯电阻电路，电阻两端的电压U＝IR.对于非纯电阻电路，电流做功W＝UIt，把电能转为内能和其他形式的能E′，内能为Q＝I2Rt，由能量守恒定律可知W＝Q＋E′，即UIt＝I2Rt＋E′，化简得I＝UR－E′IRt，IUR，所以I＝UR不适用于非纯电阻电路，UIR.(2)对于非纯电阻电路，不能用P＝U2R求用电器的发热功率：不论是纯电阻还是非纯电阻电路，都可以利用P＝I2R求用电器的发热功率，对于纯电阻电路来说，由于I＝UR，则P＝I2R＝U2R，所以P＝I2R，P＝U2R都可以计算纯电阻电路的发热功率．对于非纯电阻电路来说，由于IUR，即发热功率P＝I2RU2R，所以不能用P＝U2R计算非纯电阻电路的发热功率．考点三含电动机的电路分析1．电动机的特性电动机(下图)是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能，在电路计算中，欧姆定律不再适用．2．电动机的三个功率(1)输入功率：即电动机的总功率，P总＝UI.(2)热功率：电动机线圈有电阻r，电流通过线圈时要发热，热功率P热＝I2r.(3)输出功率：电动机做有用的功率．P出＝P总－P热＝UI－I2r，P出＝mgv(设物体匀速上升)．(4)电动机的效率：η＝P出P总×100%＝UI－I2rUI×100%.(5)电路分析：①当电动机正常工作时，电能转化为机械能和热能，此时为非纯电阻电路，要区分电动机的总功率、输出功率和热功率，可以从能量守恒的角度分析．电动机等效为一个阻值为r和一个无电阻的转动线圈串联而成，如图，电阻将电能转化为热能，线圈将电能转化为机械能．②当电动机因故障或其他原因不转动时，电能全部转化为热能，此时电动机相当于一个纯电阻，阻值大小就等于本身线圈的电阻．右图是一提升重物用的直流电动机工作时的电路．电动机内电阻r＝0.8Ω，电路中另一电阻R＝10Ω，直流电压U＝160V，电压表示数UV＝110V．试求：(1)通过电动机的电流；(2)输入电动机的电功率；(3)若电动机以v＝1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量？(g取10m/s2)【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR＝U－UV＝(160－110)V＝50V.流过电阻R的电流IR＝URR＝5010A＝5A，即通过电动机的电流IM＝IR＝5A.(2)电动机的分压UM＝UV＝110V，输入电动机的功率P电＝IM·UM＝550W.(3)电动机的发热功率P热＝IM2r＝20W，电动机输出的机械功率P出＝P电－P热＝530W，又因P出＝mgv，所以m＝P出gv＝53kg.【答案】(1)5A(2)550W(3)53kg聚焦高考高考考纲高考热度电功、电功率、焦耳定律★★★★在纯电阻电路中电功与焦耳热相等，但非纯电阻电路中，电功大于焦耳热，该知识点高考涉及较少．