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1、6.焦耳定律 电路中的能量转化1.理解电功与电功率的概念,知道电流做功的过程就是电能与其他形式能量转化的过程.2.知道焦耳定律的物理意义,关注焦耳定律在生活、生产中的应用.3.从能量转化和能量守恒的角度理解电功与电热的区别,了解纯电阻电路和非纯电阻电路,知道闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体体现.一、电功电功率1.电功(1)概念:电场力移动电荷所做的功称为电功.(2)公式:W=qU=UIt.(3)单位:焦耳,符号J.2.电功率(1)物理意义:表示电流做功快慢的物理量.(2)定义:电流所做的功与做这些功所用时间的比值叫
2、做电功率.(4)单位:瓦特,符号W.家用电表是测量什么的?提示:是用来测量消耗的电能的.或可以说测量电流做的电功的多少.二、焦耳定律热功率1.焦耳定律(1)内容:电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比,跟电阻值成正比,跟通电时间成正比.(2)表达式:Q=I2Rt.(3)适用范围:可求任何电路中产生的焦耳热.(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.(5)应用:工业上的电烙铁、电烤箱等;生活中的电暖气、电炉、电熨斗、电饭锅等.2.热功率(1)概念:电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值叫做热功率.利用焦耳定
3、律能求电动机工作时的发热功率吗?提示:能.焦耳定律适用于一切导体的发热问题.三、电路中的能量转化1.内电路中的能量转化(1)电源:通过各种作用,将其他形式的能转化为电能,转化功率P=EI.(2)内阻:通过电流做功将一部分电能转化为内阻的内能,即P内=I2r.2.外电路上的能量转化:通过电流做功将电源输出的电能转化为其他形式的能,即P外=UI.3.两者之间的关系:由能量守恒定律可知P=P内+P外,即EI=I2r+UI,进一步化简可得E=U+Ir,可见闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体表现.使用电源时,不能直接用导线把电
4、源的两极连接起来,这是为什么?提示:因为电源提供的能量全部用于内电路发热,容易损坏电源,即IE=I2r或探究一探究二串、并联电路中的功率关系1.串联电路2.并联电路探究一探究二3.结论无论是串联电路还是并联电路,电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和.探究一探究二纯电阻电路与非纯电阻电路1.两种电路的对比探究一探究二2.电功和电热的比较对任何电路,电流做的功恒为W=UIt;电流产生的热恒为Q=I2Rt.(2)在非纯电阻电路(像含有电动机、电解槽的电路)中,电流做的功只有很少一部分转化为电热,绝大部分转化为其他形式的能(机械能或化学能等
5、).因此,W>Q,即UIt>I2Rt,根据能量守恒定律知,在非纯电阻电路中满足:电功=电热+其他形式的能,即UIt=I2Rt+E其他.【例题1】如图所示,三个电阻的阻值分别是R1=8Ω、R2=5Ω、R3=20Ω,在A、B间接上电源后,三个电阻的功率之比为()A.8∶5∶20B.5∶4∶1C.2∶1∶1D.10∶4∶1解析:由题图可知,电阻R2与R3并联,然后与R1串联,根据并联电路则I2=4I,因此通过R1的电流为5I,根据电功率的计算公式P=I2R可得三个电阻的功率之比为P1∶P2∶P3=(5I)2R1∶(4I)2R2∶I2R3=10
6、∶4∶1,选项D正确.答案:D反思利用电阻的串并联求出电流的大小之比,再求功率之比,就简单多了.【例题2】一提升重物用的直流电动机工作时的电路图如图所示.电动机内阻r=0.8Ω,电路中另一电阻R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数UV=110V.(1)求通过电动机的电流;(2)求输入电动机的电功率;(3)若电动机以v=1m/s的速度匀速竖直向上提升重物,则该重物的质量为多少?(g取10m/s2)点拨:电动机是非纯电阻元件,其电流和电压只能根据串、并联规律间接求解(串联电路电流相等,并联电路电压相等),电动机转化为机械能的功率P出=
7、UI-I2r,电动机对外做功的功率也可以根据P=Fv求解.解析:(1)由电路中的电压关系可得电阻R两端的电压UR=U-UV=(160-110)V=50V即通过电动机的电流IM=IR=5A.(2)电动机两端的电压UM=UV=110V输入电动机的电功率P电=IMUM=550W.答案:(1)5A(2)550W(3)53kg反思(1)电动机两端的电压UM和通过的电流IM的求解是关键,由于不是纯电阻电路,不满足欧姆定律,所以UM、IM都是利用电路规律间接求解的.(3)电动机输出的机械功率还可用P出=F牵·v求解.
