2017-2018学年高中物理人教版选修3-1学案：2.5焦耳定律 Word版含答案

5 焦耳定律 学习目标

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.知道电功和电热的关系;理解公式Q=IRt(P=IR)、Q=22

t(P=)的适用条件.

3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能的转化关系,电功大于电热. 4.能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题.

自主探究

1.所谓电流做功,实质上是导体中的 对自由电荷的 在做功.

2.电流在一段电路中所做的功等于这段电路 、电路中的 、 三者的乘积,即W= .

3.单位时间内电流所做的功叫做电功率.电流在一段电路上做功的功率P等于 与这段电路 的乘积,即P= .

4.电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为 . 5.电热Q= ,热功率P= .

6.若电路中有电动机或电解槽,电能除转化为内能外,还转化为 或 ,它们之间遵从能量守恒定律.

合作探究

一、电功和电功率 【归纳总结】 1.电功 (1)定义: . (2)表达式: .

即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积. (3)单位:焦耳,符号为J. 2.电功率 (1)定义: . (2)表达式:P==IU.

(3)单位:瓦特,符号W.

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(4)物理意义: .

(5)串联电路中:由P=IR知

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==…=I2,电阻越大,功率越大;

并联电路中:由P=二、焦耳定律 【演示实验】

知P1R1=P2R2=…=U,电阻越小,功率越大.

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为了让学生进一步理解焦耳定律,对电热与电阻、电热与电流的关系进行实验演示,实验装置如图所示.

实验1:研究电热与电阻关系

结论: .

实验2:研究电热与电流关系

结论: . 【归纳总结】 1.焦耳定律 (1)内容: .

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(2)表达式: . (3)适用范围: .

(4)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

单位时间内导体的发热量叫热功率.热功率即电能转化为内能的功率,即P==IR. 【例题】一个电动机,线圈电阻是0.4 Ω,当它两端所加的电压为220 V时,通过的电流是5 A.这台电动机每分钟所做的机械功有多少?

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【巩固练习】

家庭用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到热风将头发吹干,设电动机线圈的电阻为R1,它与电阻为R2的电热丝串联,接到交流电源上.电吹风两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,如图所示,以下结论正确的是( )

A.P>IU B.P=I(R1+R2) C.P=IU 【拓展练习】

微型吸尘器的直流电动机的内阻一定,为1 Ω,当加在它两端的电压为2.0 V时,电流为0.8 A,且能正常工作.求:

(1)它的额定输入功率.

(2)工作时由导线发热损失的功率.

(3)它的最大输出功率.

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D.P>I(R1+R2)

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三、电热的利用和防止 1.电热的利用

利用电热孵化器孵小鸡,电热器的优点:清洁卫生,没有环境污染,热效率高,还可以方便地控制和调节温度.

2.电热的危害

很多情况下我们并不希望用电器的温度过高.如:为了通风散热,电视机的后盖有很多孔,电脑运行时要用微型风扇及时散热等.

课堂检测

1.通过电阻R的电流为I时,在时间t内产生的热量为Q,若电阻为2R,电流为时,则在时间t内产生的热量为( )

A.4Q

B.2Q

C.

D.

2.下列求解电热的公式中,对所有电路均适用的是( )

A.Q=UIt B.Q=IRt C.Q=2

t D.W=Pt

3.一台电动机的输出功率是10 kW,这表明该电动机工作时( ) A.每秒消耗10 kW电能 C.每秒消耗10 kJ电能

B.每秒对外做10 kW功 D.每秒对外做10 kJ功

4.电动机的电阻为R,电动机正常工作时,两端的电压为U,通过的电流为I,工作时间为t,下列说法中正确的是( )

A.电动机消耗的电能为UIt

B.电动机消耗的电能为IRt

2

C.电动机线圈产生的热量为IRt

2

D.电动机线圈产生的热量为

5.一台电动机的电阻为4 Ω,在220 V的额定电压下运行时,发热消耗的电功率为400 W.若电动机工作5 min,则电流做功 J.

6.三个标有“100 Ω,4 W”“12.5 Ω,8 W”“90 Ω,10 W”字样的电阻,当它们串联时允许加的最大总电压是 V,并联时允许通过的最大总电流是 A.

7.一台电动机额定电压为220 V,线圈电阻R=0.5 Ω,电动机正常工作时通过电动机线圈的电流为4 A,电动机正常工作10 min,求:

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(1)消耗的电能.

(2)产生的热量.

(3)输出的机械能. - 5 -