2017-2018学年高中物理选修3-1全册学案（34份） 人教课标版30（优秀教案）

焦耳定律

[目标定位].理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.理解电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别．

一、电功和电功率

．电功

()定义：电流在一段电路中所做的功． ()定义式：＝. ()单位：焦耳，符号：.

()实质：电能转化为其他形式的能． ()适用条件：任何电路． ．电功率

()定义：单位时间内电流所做的功． ()公式：＝＝. ()单位：瓦特，符号：.

()物理意义：表示电流做功的快慢． ()适用条件：任何电路． 深度思考

()两个电阻串联，功率和电阻存在什么关系？ ()两个电阻并联，功率和电阻存在什么关系？ 答案 ()由＝知，串联电阻的功率与电阻成正比． ()由＝知，并联电阻的功率与电阻成反比．

例 将两个定值电阻、并联在电压为的电源两端，消耗的功率为，消耗的功率为，当把它们串联在电压为的电源两端时，下列说法正确的是() ．两端的电压为 ．消耗的功率变小 ．通过的电流变小 ．两个电阻消耗的总功率为

解析 当、并联在电压为的电源两端时，两电阻两端的电压为，根据＝，功率之比等于电流之比，根据并联电路电流和电阻的关系，可知：＝；当把它们串联在电压为的电源两端时，电路中的电流＝＝，故通过的电流不变，电压不变，所以的电功率不变，仍为，故、错误；

两端的电压＝＝×＝，故错误；两个电阻消耗的总功率＝′＝·＝，故正确． 答案

例 、为“”的两盏相同的灯泡，、为“”的两盏相同灯泡，、灯的电阻为Ω；、电阻为Ω.现将四盏灯泡接成如图所示电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为、、、，则实际功率的大小顺序是．

图

解析 由＝和＝，得＝则：＝＝Ω＝Ω，＝＝Ω＝Ω；由电路图可知，、并联，所以电压相等，根据＝可知：＞，、串联，电流相等，由＝和＝，得＝可知，＞；、的电流大于、的电流，根据＝可知：＞，＞；所以＞＞＞. 答案 ＞＞＞

额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率，也是用电器两端电压为额定电压或通过的电流为额定电流时消耗的电功率.用电器铭牌上所标的功率即为额定功率.

实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率.为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率.

二、焦耳定律

．焦耳定律

()内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比． ()表达式：＝.

()适用条件：任何电路． ．热功率

()定义：单位时间内的发热量． ()表达式：＝.

()适用条件：任何电路． ．纯电阻电路和非纯电阻电路

能量转化情况 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功和电热的关系 ＝ 即＝＝ ＝热， 即＝＝ ＝ ＝成立 ＝＋其他 ＝＋其他 ＝热＋其他 即＝＋其他 ＞ ＜不成立 电功率和热功率的关系 欧姆定律是否成立 深度思考 电风扇、电冰箱消耗的电能等于吗？电风扇、电冰箱消耗的电能转化成什么形式的能量？ 答案 不等于；电风扇、电冰箱消耗电能没有全部转化为热能，有大部分转化为机械能，小部分转化为电热．

例 下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是() ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 ．＝适用于任何电路，而＝＝只适用于纯电阻电路 ．在非纯电阻电路中，> ．焦耳热＝适用于任何电路

解析 电功率公式＝，表示电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有＝，＝，焦耳热＝()，可见与、、都有关，所以越大，不一定越大，错．＝是电功的定义式，适用于任何电路，而＝只适用于纯电阻电路，对．在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以>，即>，对．＝是焦耳热的定义式，适用于任何电路，对． 答案

例 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和；当重新调节，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为．0A和．则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是()

图

．电动机的内阻为Ω ．电动机的内电阻发热功率为 ．电动机的输出功率为 ．电动机的效率约为

解析 当电流表和电压表的示数分别为和时，电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻消

耗电能，其阻值＝＝ Ω＝ Ω，选项错误；电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为和，则电动机的内电阻发热功率，选项正确；电动机的总功率总＝＝×＝，热＝＝×＝，所以电动机的输出功率输出＝总－热＝－＝，选项错误；电动机的效率η＝＝)×≈，选项错误． 答案

电动机的功率和效率 电动机的总功率输入功率电动机的热功率热＝.

电动机的输出功率机械功率：出＝－. 电动机的效率：η＝＝＝－.

说明：注意区分电动机的几种功率，从能量守恒角度分析和考虑电动机问题.

：入＝.

．(电功和电功率)(多选)如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等．则下列对这两个电路中的甲、乙、甲、乙之间的关系的说法，正确的是()

图

．甲＞乙．甲＝乙 ．甲＝乙．甲＝乙 答案

解析 设灯泡的电阻为，正常发光时电流为，电压为，由于两个电路的总功率相等，＝甲＝乙·，得甲＝乙；又由甲＝＋甲，乙＝＋乙，得甲＝乙，故正确答案为、.

．(焦耳定律)通过电阻的电流为时，在时间内产生的热量为，若电阻为，电流为，则在时间内产生的热量为() ．． 答案

解析 根据＝得，电阻变为原来的倍，电流变为原来的，时间不变，则热量变为原来的，正确．

．(焦耳定律和热功率)一台电动机，额定电压为，电阻为Ω.正常工作时，通过的电流为5A，则电动机因发热损失的功率为()