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1、高二物理2.5焦耳定律一、知识导学1.思考并讨论：一段导体长为L,横截面积为S,电阻为R,在导体两端加上电压U,通过导体的电流为Io图2.5-1推导电流做功的表达式(1)结合此模型说出电流做功实质上是怎样的？参考答案：电流做功的实质是电路屮电场力对定向移动的电荷做功。(2)利用学过的知识，推导一下经过时间t,电流做的功。思考下列问题：(1)电场力做功的定义式是什么？(2)电流的定义式是什么?参考答案：(1)在第一章里我们学过电场力对■电荷的功，若电荷q在电场力作用下从A搬至B,AB两点间电势差为Uab，则电场力做功W=qUABo(2)电路中的白由电荷在
2、电场力的作用下发生定向移动，形成电流I,在时间t内，通过这段电路上任一横截血的电荷量q=It。这和当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。对于一段导体而言，两端电势差为U,把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU,在导体中形成电流，且q=It(在时间I'可隔t内搬运的电荷量为q,则通过导体截面电荷量为q,I=q/t),所以W=qU=IUt。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。结论：电功(1)定义：电路屮电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。(2)表达式：W=IUto①物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电
3、路两端电压U、电路中电流I和通电时间t成正比。②适用条件：I、U不随时间变化——恒定电流。③单位：电流单位用安培(A),电压单位用伏(V)，时间单位用秒(s)，则电功的单位是焦耳(J),1J=1VAsolKW.h=3.6xlOA6J【注意】功是能量转化的量度，电流做了多少功，就冇多少电能减少而转化为其他形式的能，即电功等于电路中电能的减少，这是电路中能量转化与守恒的关键。2.推导电功率的表达式。问题引导：在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。(例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。)电流
4、做功不仅有多少，而且还有快慢，如何描述电流做功的快慢呢？参考答案：可以用单位时间内电流所做的功，即电功率表示做功的快慢。结论：电功率。(1)定义：单位时间内电流所做的功。W(2)表达式：P—=IU(对任何电路都适用)。(3)单位：瓦特(W),1W=1J/so【说明】电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”不同。电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。（4）额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率实际功率：用电器在实际电压下的功率。实际功率P实=IU,U、I分别为用电器两端实际电压和通
5、过用电器的实际电流。【说明】最后应强调：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者，这里W=IUt是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。1.焦耳定律思考并讨论：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,那么，电流通过导体时产生的热量与哪些因素冇关呢？结论：英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。⑴焦耳定律：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。表达式：Q=I2Rto⑵热功率：单位时间内的发热量，即P
6、=Q/t=I2Ro思考并讨论：电路中电流对导体做的功是否筹于导体内产住的热量呢？町能出现的结果：，W=IUt,又由欧姆定律，U=IR,所以得出W=I2Rt，电流做这么多功，所以，放出热量Q=W=FRt。（此结论错误！！！）这里有一个错误：Q=w,可通过问题引导找出来：•何以见得电流做功全部转化为内能增彊？有无可能同时转化为其他形式能？•什么电路中Q=W?什么电路中WHQ?（W>Q）?为什么？举实例•欧姆定律1=管及变形公式适川条件是什么？为什么？参考答案：⑴电流有可能转化为其他形式的能。如：电吹风、电解槽、电池。（2）对纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等电
7、热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能,故电功W=Q,这吋W=Q=UIt=I2Rt；关于非纯电阻电路中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，这时W>Q,即W=Q+E其他或P=P热+P其他、ui=Fr+pRffeo（3）欧姆定律1=半及变形公式适用条件是纯电阻电路。电路屮有电动机（或电解槽）时，电能不仅要转化为内能，而且还有一部分要转化为机械能（或化学能），所以，电能要大于内能，即电功率大于热功率，但是，电能总等于电动机（或电解槽）的机械能（或化学能）和电阻增加的内能Z和。【强调总结】（1）对纯电阻电路（只含白炽灯、电
8、炉等电热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功W等于电热Q：这吋W=Q=U
