2019-2020学年高中物理第二章恒定电流第5节焦耳定律讲义含解析新人教版选修3_.pdf

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1、第5节焦耳定律1.电功是指电流通过一段电路所做的功，实质是静电力在这段电路中所做的功，其表达式为W＝UIt。2．电功率是指单位时间内电流所做的功，表达式为WP＝。t3．焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路。4．非纯电阻电路中，由于产热不可避免，所以非纯电阻电路的效率不可能达到100%。一、电功和电功率1．电功(1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。(2)公式：W＝IUt。(3)国际单位：焦，符号为J。(4)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。(5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流

2、做了多少功，就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的能的量度。2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功。W(2)公式：P＝＝IU。t(3)单位：瓦，符号：W。(4)意义：表示电流做功的快慢。二、焦耳定律1．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。2．表达式：Q＝I2Rt。3．热功率(1)定义：单位时间内的发热量。Q(2)公式：P＝＝I2R，单位：瓦特(W)。热t(3)意义：表示电流发热快慢的物理量。1．自主思考——判一判(1)电功与电能的单位相同，电功就是电能。(×)(2)电功率越大，电功越大。(×)(3)1千瓦时＝3.6×

3、106J。(√)(4)非纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。(√)(5)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。(×)UU2(6)根据I＝可导出P＝，该公式用于任何用电器。(×)RR2．合作探究——议一议(1)用电器额定功率越大，接在电路中电流做的功越多，这样说法对吗？提示：不对。电流做功一方面与实际功率有关，另一方面还与通电时间有关，只有实际功率与时间乘积大时，电流做功才多。(2)标有“220V40W”的白炽灯泡和“220V40W”的电动机，把它们并联后接到220V的照明电路中，二者都能正常工作，它们在相同的时间内产生的电热相同吗？提示：不同。“220V40W”的白炽灯通电时将电

4、能全部转化为内能，而“220V40W”的电动机，通电后消耗的电能大部分转化为机械能，剩余的小部分才转化为内能。串、并联电路中电功率的分析与计算1．串联电路各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比功率关系总功率P＝UI＝U＋U＋…＋UI＝总12nP＋P＋…＋P12n2．并联电路U2各支路电压相同，根据P＝，各支路电阻R功率关系上的电功率与电阻成反比总功率R＝UI＝UI＋I＋…＋I＝总12nP＋P＋…＋P12n3．结论无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。[典例]额定电压都是110V，额定功率P＝100W，P＝4

5、0W的电灯两盏，若接在电压AB是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是()[审题指导](1)两电灯均正常发光时，其电压必为额定电压。(2)滑动变阻器消耗的功率最小时电路总功率就最小。U2[解析]对灯泡有P＝UI＝，可知：R＜R，对于A电路，由于R＜R，所以U＞U，且RABABBA有U＞110V，B灯被烧毁，A错误。B对于B电路，由于R＞R，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于R，所以U＞U，B灯被BABB并烧毁，B错误。对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于R，所以可能U＝U＝110V，两灯可以正AAB常发光。对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电

6、阻，则U＝U＝110V，两灯可以正AB常发光。比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(I－I)×110，而D电路中变阻器功率AB为(I＋I)×110，AB所以C电路消耗电功率最小。[答案]C解答串并联电路电功率问题应注意的两个问题(1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比还是反比关系。(2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。1．在直流电路中，两个电阻的阻值之比R∶R＝2∶1，通过的电流之比I∶I＝2∶1，1212则在相等时间内两个电阻产生的热量Q∶Q为()12A．1∶1B．2∶1C．4∶1

7、D．8∶1解析：选D两个导体的电阻阻值之比是2∶1，通过的电流之比是2∶1，通电时间t相QI2Rt228同，则产生的热量之比1＝11＝2×＝，故D正确。QI2Rt1112222.如图所示，电源电压8V，闭合开关后，电流表的示数为0.2A，电流表的示数为0.3A。试求：(1)R的电功率；1(2)1min内R消耗的电能。2解析：由电路图可知：I＝0.2A，1I＝0.3A－0.2A＝0.1A，2(1)P＝UI＝8×0.2W＝1