物理选修35 焦耳定律教案设计

2.4 焦耳定律

【教学目标】

1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。

2．了解电功和电热的关系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。

3．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。

重点：区别并掌握电功和电热的计算。

难点：  区别电功和电热

【自主预习】

 1.能量转化  电炉通电时，     能转化为    能；电动机通电时，     能转化为      能；蓄电池充电时，     能转化为    能；电能转化成其他形式能的过程就是            的过程，电流做功的多少      电能转化为其他形式能的数量。

2.电功  自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移动，结果电荷的电势能         ，其他形式的能           。

电流在一段电路中所做的功等于这段电路           、          、           三者的乘积。计算式为W=           。

3.电功率               电流做的功叫电功率。用       表示电功率，表达式为P=           。

电流在一段电路上做功的功率P等于      与这段电路            的乘积。

4.焦耳定律内容  电流通过导体产生的热量跟              成正比，跟导体的电阻及通电时间成         。这个关系最初是      由实验得到的。

5.表达式  Q=               。

6.热功率             的发热量通常称为热功率，表达式为P=        。

7.电功与热量的关系

① 纯电阻电路和非纯电阻电路

纯电阻电路：                                              

非纯电阻电路：                                            

②电功与热量：

在纯电阻电路中：                                        

在非纯电阻电路中：                                     

【典型例题】

一、基本概念的理解

【例1】3．关于电功和焦耳热，下列说法错误的是(　　)

A．在纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2Rt

B．在非纯电阻电路中，计算电功可用公式W＝I2Rt

C．在纯电阻电路中，计算焦耳热可用公式Q＝I2Rt

D．在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用公式Q＝IUt

【例2】一根电阻丝，通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　)

A．4 V,16 J　　　　　　　　B．8 V,16 J

C．4 V,32 J                D．8 V,32 J

二、电功和电热的区别

【例3】 一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V，电流为0.3 A．松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作．求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？

【例4】、某一用直流电动机提升重物的装置如图1所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m／s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A。求电动机线圈电阻R（g=10m／s2）。

【课后练习】

1.家用电饭锅有两种工作状态，一是锅内水烧开前的加热状态，一是水烧开后的保温状态，其电路如图2－5－4所示．R1是一电阻，R2是加热用的电阻丝，则电饭锅(　　)

A．S闭合时为保温状态

B．S断开时为加热状态

C．S闭合时为加热状态

D．S断开时为保温状态

2．在电动机正常工作时，每秒钟电流做功和每秒钟内电枢上产生的热量的关系，下列说法中正确的是(　　)

A．电功等于电热

B．电功等于电热的2倍

C．电功等于电动机输出的机械能

D．电热仅为电功的一部分

3．用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么(　　)

A．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t s

B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s

C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s

D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s

4．关于三个公式：(1)P＝UI；(2)P＝I2R；(3)P＝，下列叙述正确的是(　　)

A．公式(1)适用于任何电路的电热功率

B．公式(2)适用于任何电路的电热功率

C．公式(1)、(2)、(3)适用于任何电路电功率

D．以上都不正确

5．一只普通的家用照明白炽灯，额定功率为40 W，正常发光时，通过它的电流与下列哪一个值较为接近(　　)

A．20 A    B．2 A    C．0.2 A    D．0.02 A

6．两只灯泡L1、L2分别标有“110 V,60 W”和“110 V,110 W”，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220 V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路(　　)

7．如图5所示电路，电动机M转动起来后，将滑动变阻器的滑动触头向左移动时，电动机中产生的电热Q随电压表测得的电压U和电流表测得的电流I而变化的情况是(电动机线圈的电阻可以认为是不变的)(　　)

A．Q跟电流I的平方成正比

B．Q跟电压U的平方成正比

C．Q跟电压U与电流I的乘积成正比

D．Q跟电压U与电流I的比值成正比

8．两个电阻，R1＝8 Ω，R2＝2 Ω，并联在电路中，欲使这两个电阻消耗的电功率相等，可行的办法是(　　)

A．用一个阻值为2 Ω的电阻与R2串联

B．用一个阻值为1 Ω的电阻与R2串联

C．用一个阻值为6 Ω的电阻与R1串联

D．用一个阻值为2 Ω的电阻与R1串联

9.一幢居民楼住着生活水平各不相同的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、电脑等等．停电时，用欧姆表测得A、B间的电阻为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，如图6所示，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是(　　)

A．P＝I2R         B．P＝U2/R

C．P＝IU          D．P＝

10.一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3V，电流为0.3A。松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作。求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?

11．一辆电动自行车的铭牌上给出了如下表的技术参数：

质量为M＝70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力F阻恒为车和人总重的k＝0.02倍．g取10 m/s2.求：

(1)此车电机的内阻和正常工作时的效率．

(2)在电机正常工作时，人骑车行驶的最大速度．

(g取10 m/s2)

答案：

例1.答案　B

例2. 答案　D

解析　利用W＝qU可求出电压U1，再由I＝＝可以求出U2，然后利用W＝qU求W2.

设电阻丝电阻为R，开始所加电压U1，则W1＝q1U1

即8＝2U1，故U1＝4 V.

设后来所加电压为U2，产生的热量为W2，则

I2＝＝①

又I1＝＝②

由①②得U2＝U1＝×4 V＝8 V

W2＝q2U2＝4×8 J＝32 J

例3答案　1.6 W　0.96 W

解析　电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：

r＝＝ Ω＝1 Ω

电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，

其输入的电功率为：P入＝I1U1＝0.8×2 W＝1.6 W

电动机的机械功率

P机＝P入－Ir＝1.6 W－0.82×1 W＝0.96 W

例4．

课后练习

1. 答案　CD

2.答案　D

3. 答案　BD

解析　由公式Q＝t，煮沸一壶水所需的热量为Q＝t J．当电压变为原来的时，所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t s，选项B正确．当电压变为原来的时，时间要变为原来的16倍，即16t s，选项D正确.

4.答案　D

5.答案　C

解析　家用照明白炽灯的额定功率为40 W，额定电压为220 V，根据P＝UI，可得电流大约为0.2 A.

6. 答案　B

解析　根据P=可知，灯泡、的电阻，灯泡的连接方式，要么串联，要么并联，根据电压跟电阻成正比分配，两灯泡串联接入220 V的电路，要使每盏灯泡的电压均为110 V，应在电阻大的L1上并联电阻．

7. 答案　A

解析　由于电动机是非纯电阻电路，电功不等于电热，电热Q＝I2Rt，与电流的平方成正比．但不能认为Q＝UI.

8. 答案　A

9.答案　CD

10.
电动机不转动时，其消耗的电能全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得，电动机线圈内阻r==Ω=1Ω.电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P入=I1U1=0.8×2W=1.6W.
电动机的机械功率为P机=P入-=0.96W.

11.答案　(1)1.63 Ω　85.7%　(2)6 m/s

解析　(1)由表可知，电机的输出功率为P出＝120 W，额定电压为U0＝40 V，额定电流为I0＝3.5 A

电机正常工作时输入功率为

P入＝U0I0＝40×3.5 W＝140 W

所以电机的效率为

η＝×100%＝×100%＝85.7%

设电机的内阻为r，则由欧姆定律知：P入－P出＝Ir

解得r＝1.63 Ω

(2)设车的质量为m，由题意知，行驶时所受阻力为：

F阻＝k(M＋m)g

当达到最大速度vm时，应用P出＝F阻·vm

解得vm＝6 m/s