高中物理第二章恒定电流焦耳定律学案新人教选修
高中物理第二章恒定电流第五节焦耳定律课堂探讨学案新
第五节焦耳定律课堂探讨探讨一电功与电热的比较·问题导引·如图所示是直流电动机模型，若电源给电动机提供的电压为U，电动机线圈的电阻为R，电动机正常转动时的电流为I，试问：（1）对于以上所给各物理量，关系式U＝IR是不是成立？（2）电动机正常转动时，电动机线圈的发烧功率为多少？提示：（1）电动机是非纯电阻元件，欧姆定律不适用，U＝IR不成立；（2）正常转动时，线圈的发烧功率应按照P＝I2R求得．·名师精讲·1．两种电路的比较2．电功与电热的计算公式比较电流做功全部转化为内能：22U UIt I Rt t R==电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功W ＝UIt ；电热Q 其他都能够用P ＝UI ，电热都能够用Q ＝I 2Rt ，热功率都能够用P ＝I 2R ，若用变形式时，就要考虑是不是是纯电阻电路．【例1】 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R ，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数别离为0.5 A 和 V ；从头调节R ，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数别离为2.0 A 和 V ．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．点拨：（1）电动机不转时相当于纯电阻，由欧姆定律求线圈电阻． （2）按照能量守恒求电动机正常运转时的输出功率．解析：当电流表和电压表的示数为0.5 A 和 V 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11 1.0V2.00.5AU r I ===Ω.当电动机正常工作时，电流表、电压表示数别离为2.0 A 和 V ，则电动机的总功率P 总＝U 2I 2＝× W＝ W ，线圈电阻的热功率P 热＝22I r ＝×2 W＝ W ，所以P 输出＝P 总－P 热＝ W － W ＝ W.答案： W Ω题后反思 非纯电阻电路中欧姆定律UI R=不成立．电功率、电热功率只能用P ＝UI 和P ＝I 2R 求解．其他功率用能量关系处置．触类旁通 若题干中电动机的正常工作状态是匀速提升一个2 kg 的物体，该物体竖直上升的速度多大？（g 取10 m/s 2）解析：物体匀速上升时，有P 机＝mgv所以22210P mg υ==⨯机m/s ＝1.1 m/s. 答案：1.1 m/s探讨二 串、并联电路中电功率的分析与计算·问题导引·如图所示，几个同窗正在做小灯泡的发光实验．请回答以下问题：（1）两个小灯泡是怎么连接的？（2）若两个小灯泡的额定电压均为 V ，额定功率别离为 W 和 W ，按如图所示连接，两灯泡哪个较亮？提示：（1）两个灯泡是串联的；（2）两个灯泡的电阻别离为 Ω、 Ω，因通过两个灯泡的电流相等，由P ＝I 2R 知，功率为 W 的灯泡亮．·名师精讲·1．串联电路：P ＝I 2R . （1）1122P R P R =.（2）P 总＝P 1＋P 2. 2．并联电路：2U P R=. （1）1221P R P R =.（2）P 总＝P 1＋P 2. 特别提示 无论是串联电路仍是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和．【例2】 关于电功和电热，下面说法正确的是（ ） A ．任何电路中的电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt ，且W ＝QB ．任何电路中的电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt ，且W 有时不等于QC ．电功W ＝UIt 在任何电路中都适用，Q ＝I 2Rt 只在纯电阻电路中适用D．电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，只适用于纯电阻电路点拨：W＝UIt和Q＝I2Rt两公式的适用条件是判断问题的依据．解析：W＝UIt适用于求一切电路中的电功，Q＝I2Rt适用于求一切电路中的电热．在纯电阻电路中，W＝Q，在非纯电阻电路中，W＞选项正确．答案：B题后反思处置电路中的能量转化问题时，一要明确电路是纯电阻电路仍是非纯电阻电路，二要清楚题目求解的是电功仍是电热，再选用相应的公式求解．触类旁通下列求解电热的公式中，对所有电路均适用的是（）A．W＝UIt B．Q＝I2Rt C．2UQ tRD．W＝Pt解析：A、D两项适合于任何电路的电功的计算，B选项适合于任何电路的电热的计算，C选项只适合于纯电阻电路电热的计算．答案：B。
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2.5 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．了解电功和电热的关系。
了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。
3．知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，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。
学习疑问学习建议【预学能掌握的内容】（查阅教材p53-54页完成下列问题）一. 电功和电功率1. 功是能量转化的量度，电能转化为其他形式的能通过实现。
电流做功的实质上是导体中的恒定电场对的力在做功，电荷的减小，其他形式的能在增加；2. 电功公式：是电功的普适式，适用于任何电路。
单位：。
3电功率不同电机做功快慢不同，内电流所做的功叫做电功率。
公式：P= 是电功率的普适式。
单位：。
适用于任何电路。
二. 焦耳定律和热功率（1）电流的热效应：电流在通过导体时，导体要发热，能转化为能。
这就是电流的热效应。
任何电路中电流I 通过电阻R时都要产生的热量（电热）。
（2）焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量跟电流的成正比，跟导体的电阻成及通电时间成。
（3）表达式：电热Q= 。
注意：焦耳定律是电流热效应的实验定律，凡是计算电热，都应选用焦耳定律。
适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。
（4）热功率（P）：定义：称为热功率。
表达式：P = 。
合作探究: 电功和电热有何异同1 . 纯电阻电路:电流通过用电器时把 能全部转化为 能，这样的电路叫做纯电阻电路。
在纯电阻电路中，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。
这时电能全部转化为内能，电功等于电热，即 .同理 .2 .非纯电阻电路:电流通过用电器时把 能全部转化为 的能和 能，这样的电路叫做非纯电阻电路。
在非纯电阻电路中：电流通过用电器是以转化为内能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。
例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等。
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5 焦耳定律问题探究相信很多同学家里都有电灯、电饭锅、电风扇、电视机等用电器，那么你知道它们是怎么工作的吗？它们都是将电能转化成了其他形式的能.这个转化过程也就是电流做功的过程.电流通过电饭锅会使电阻发热，电能转化为内（热）能；电流通过电风扇使里面的电动机转动，电能转化为机械能；当然电能也会转化为化学能等其他形式的能——电功、电热以及转化成的其他形式的能如何计算？它们之间又有什么关系呢？自学导引一、电功1.定义：电流流过导体，导体内的自由电荷在电场力作用下发生__________，在驱使自由电荷定向移动的过程中，__________对自由电荷做了功，也就是通常说的电流所做的功，简称为电功.答案：定向移动 电场力2.公式：W=qU=__________.即电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U 、电路中电流I 、通电时间t 三者的乘积. 在纯电阻电路中还可写成：W=__________=__________.答案：UIt I 2Rt R U 2t 3.国际单位：焦耳(符号J)常用的单位还有：千瓦时(kW ·h)，亦称为“度”，1 kW ·h=____________ J.答案：3.6×106二、电功率1.定义：________________________________________________.答案：单位时间内电流所做的功叫做电功率2.公式：P=tW =________________，是计算电功率普遍适用的公式. 在纯电阻电路中还可写成：P=_____________=______________.答案：UI I 2R R U 23.单位：瓦特(符号W).4.额定功率：用电器在正常工作时的功率称为额定功率.用电器的实际功率可以小于额定功率，但不能超过额定功率，当实际功率超过额定功率时，用电器将被___________________.对纯电阻电路:P 额=U 额·I 额.对非纯电阻电路：P 额≠I 额2R ≠R U 2额.答案：烧坏三、焦耳定律1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的___________成正比，跟导体的电阻成___________，跟通电时间成___________.答案：平方 正比 正比2.公式：Q=I 2Rt,对纯电阻电路还可写成Q=___________=___________.注意：焦耳定律是电流热效应的实验规律.凡是计算电热，都应选用焦耳定律.答案：UIt R U 2t 四、电热功率 1.内容：电热功率是描述电流做功产生电热快慢程度的物理量. 2.公式:P=I 2R在纯电阻电路中还可以写成：P=___________=___________.答案：UI RU 2疑难剖析一.电功和电热的区别与联系1.功是能量转化的量度，同样，电功是电能转化为其他形式的能的量度.电热是电能转化为内能的量度.可见电功与电热是两个不同的物理量.因此电功的定义式是W=IUt ，电热的定义式是Q=I 2Rt.2.从能量转化的角度分析，电功与电热的数量关系为：W ≥Q ，即IUt ≥I 2Rt.在纯电阻电路中，如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路，电流做功全部转化为内能，电功等于电热，欧姆定律成立，即W=Q 或IUt=I 2Rt;在计算电热和电功时，可采用W=Q=IUt=R U 2t=Pt 中的任一形式进行计算.在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等，电流做功除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W ＞Q 或IUt ＞I 2Rt.此种情况下，欧姆定律不成立，电功只能用公式W=IUt 进行计算，电热只能用公式Q=I 2Rt 计算.【例1】一根电阻丝，通过2 C 电荷量所消耗的电能是8 J ，若在相同的时间内通过4 C 的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是（ ）A.4 V ，16 JB.8 V ，16 JC.4 V ，32 JD.8 V ，32 J 思路分析：我们利用W=qU 可求出电压U 1，再由I=t q =RU 可以求出U 2，然后利用W=qU 求W 2. 解析：设电阻丝电阻为R ，开始所加电压为U 1，则W 1=q 1U ，即8=2U 1，所以U 1=4 V.设后来所加电压为U 2，产生的热量为W 2，则I 2=RU t q 22= ① I 1=RU t q 11= ② 由①②得U 2=12q q U 1=8 VW 2=q 2U 2=32 J. 答案:D温馨提示：此题是电流、欧姆定律及电功的综合应用题，分析时要分清题目的两层含义，找出内在联系，答案是不难求出的.【例2】一台电动机电阻为0.5 Ω，正常工作时通过的电流为20 A ，在10 s 内转化的机械能为4.2×104J ，求：在这10 s 内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？思路分析：电动机正常工作时是非纯电阻用电器，电功和电热的公式不能通用.由于不知道加在电动机两端的电压,所以我们不能根据W=IUt 求电功.但我们可以先计算电热，然后再根据能量守恒求电功.解析：先计算电热，Q=I 2Rt=2.0×103 J ，现根据W=Q ＋E 机，故W=2.0×103 J ＋4.2×104 J=4.4×104 J.答案：4.4×104 J 2.0×103 J温馨提示：在非纯电阻电路中，电功W=IUt 中的电压U ≠IR ，原因是加在电动机两端的电压有两个贡献：①使导体的电阻发热;②使电动机转动起来.U=IR 只对纯电阻电路成立.二、电功率和热功率的区别与联系1.区别：电功率是指输入某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U 和通过的电流I 的乘积.热功率是指在这段电路上因发热而损耗的功率，其大小决定于通过这段导体中电流的平方和导体电阻的乘积.2.联系：对于纯电阻电路，电功率等于热功率，计算时可用P=IU=I 2R=R U 2中任一形式进行计算.对非纯电阻电路，电路消耗的电功率等于热功率与机械功率等其他形式的功率之和，即电功率大于热功率. 【例3】额定电压都是110 V ，额定功率P A =100 W ，P B =40 W 的A 、B 两灯，接在220 V 的电路中，使电灯均正常发光.能使电路消耗的电功率最小的电路是图2-5-1中的（ ）图2-5-1思路分析：两灯正常发光，两灯的实际电压等于其额定电压，由P=RU 2可知R A <R B ，根据串联分压关系，A 图中有U A <110 V 、U B >110 V ，两灯不能正常工作，所以A 错.图B 中A 和变阻器并联后的电阻比A 电阻还要小，即仍有U A <110 V 、U B >110 V ，所以B 错.C 和D 图中两灯电压均有可能为110 V ，此时再看电路消耗的功率，C 图中灯A 消耗功率100 W ，灯B 和变阻器并联后的阻值与灯A 相等，所以电路消耗的总功率为200 W ，D 图中A 、B 两灯并联后的阻值与变阻器相等,所以变阻器消耗的功率为140 W ，电路消耗的总功率为280 W.答案：C温馨提示：此类问题的思路分两步：①先分清哪个电路的A 、B 灯能正常发光，这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值，其余两个也达到额定值方面分析.②确定了正常发光的电路后，再比较哪一个的实际功率小.可以用计算的方法去比较，也可以用定性分析法比较. 【例4】有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路中，电机不转，测得流过电动机的电流为0.4 A ，若把电动机接入2.0 V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A.求电动机正常工作时的输出功率是多大?如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大?思路分析：对这个题我们要注意两点：①是当电动机不转时就相当于一个纯电阻，欧姆定律成立.而它正常工作时就不再是纯电阻了，欧姆定律也不再成立.②是电动机的输出功率等于它消耗的电功率减去它的发热功率.解析：当电动机接入电压为0.2 V 电路时，电动机不转，此时电动机仅相当于纯电阻.设其电阻为R ，由欧姆定律得：R=4.02.011 I U Ω=0.5 Ω 当电动机接入2.0 V 电路中时，电动机正常工作，此时电动机消耗功率P=U 2I 2=2.0×1.0 W=2.0 W电动机的电热功率P 热=I 22R=0.5 W电动机的输出功率P 出=P-P 热=2.0 W-0.5 W=1.5 W如果正常工作时转子突然被卡住，则电动机相当于纯电阻R ，其上电压即U 2，所以电动机的发热功率P 热′=I ′2R=5.00.2222=R U W=8 W.此时电机将要被烧毁. 答案:1.5 W 8 W温馨提示：要从能量转化的角度认识清楚纯电阻电路和非纯电阻电路的区别.当电动机不转时，消耗的电能全部转化为内能，实际上就是纯电阻电路.当电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，此时电路为非纯电阻电路.三、额定功率和实际功率用电器的额定功率是用电器长期正常工作时的最大功率，也是用电器在额定电压或额定电流下工作的功率，即P 额=U 额I 额.对于纯电阻用电器：P 额=I 额2R=R U 2额.用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率.为保证用电器正常工作，要求实际功率不能大于其额定功率.【例6】额定电压为220 V ，额定功率为40 W 的灯泡，它的灯丝电阻为多少?如果把这只灯泡接在电压为110 V 的电路上，灯泡的实际功率为多少?(假设灯丝电阻不变)思路分析：首先要清楚灯泡是个纯电阻用电器，其功率可由P=RU 2求.再就是要抓住灯泡的电阻是个定值，所以我们可以先由额定功率求出灯泡的电阻，然后再求出它的实际功率.解析：由于P=RU 2，所以灯泡的电阻 R A =4022022=额额P U Ω=1 210 Ω 当灯泡所加电压为110 V 时，不是在额定电压下工作，所以，这时灯泡的实际功率不是40 W ，而应按实际所加的电压进行计算，有P 实=121011022=R U 实 W=10 W. 答案:1 210 W 10 W温馨提示：额定功率是指用电器在额定电压下的功率，当电压不足额定电压时，用电器的功率不等于额定功率，其实际功率要根据实际电流、电压计算.另外，不管是在额定功率下，还是在实际功率下，灯泡的电阻是不变的.【例6】将两个灯泡A （220 V 100 W ）、B （220 V 25 W ）串联后接在电路PQ 段，如图2-5-2所示，为使两灯泡都安全使用，在PQ 段所加电压的最大值是多少？PQ 段电路允许消耗的最大功率是多少？图2-5-2思路分析：由于A 、B 串联，所以通过A 、B 的电流相等,分别求出A 、B 的电阻和A 、B 的额定电流.PQ 两端所加电压的最大值应等于A 、B 的总电阻乘以A 、B 中较小的额定电流.同理可得最大功率.解析：由P=R U 2可得：R A =A P U 2=484 Ω,R B =BP U 2=1 936 Ω由P=UI 知：I A =220100=U P A A I B =22025=U P B A 则U m =(R A +R B )I B =(484+1 936) Ω×22025 A=275 V P m =I B 2(R A +R B )=31.25 W.答案:275 V 31.25 W温馨提示：两灯泡串联时，电路中所允许通过的最大电流是两灯泡中较小的额定电流.而两灯泡并联时，电路中所允许加的最大电压是两灯泡中较小的那个额定电压.拓展迁移1.现代商场中一般都安装自动扶梯.某商场有一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380 V 的电动机带动下以0.4 m/s 的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9 kW ，不载人时测得电动机中的电流为5 A.若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为多少?(设人的平均质量为60 kg ，g 取10 m/s 2) 解析:该题属于力、电综合题，求解这样的物理问题的关键是构建物理模型.本题实际上是物理中电动机提升重物的模型，它主要考查物理中电功率、机械功率、能量转化和守恒定律或功能关系等知识. 在空载时，扶梯因克服摩擦阻力和自身重力等需要消耗的功率为P f =IU=1 900 W.每负载一个人需要消耗的功率为P 0=Mgvsin θ=120 W.设能负载的最多人数为N.根据能量转化和守恒定律，有P=P f ＋NP 0，所以，最多人数为N=0P P P f-=25(人).2.如图2-5-3所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻为r=1 Ω，电动机两端电压为5 V ，电路中的电流为1 A ，物体A 重20 N ，不计摩擦力.求：图2-5-3(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少?(2)电动机输入功率和输出功率各是多少?(3)10 s 内，可以把重物A 匀速提升多高?(4)这台电动机的机械效率是多少?解析:该题考查电学和力学的综合知识.我们首先要知道输入功率就是电动机消耗的总电功率，而输出功率是机械功率.消耗的电能转化为机械能和内能两部分，由能量守恒定律可解.(1)根据焦耳定律，热功率为：P 热=I 2r=12×1 W=1 W.在这个过程中一定不能用P=IU 求热功率.原因是加在电动机两端的电压有两个贡献：①使导体的电阻发热;②使电动机转动起来.(2)电功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积P 入=IU=1×5 W=5 W输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率P 出=P 入-P 出=5 W-1 W=4 W.(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10 s 内P 出t=mgh.解得h=20104⨯=mg t P 出 m=2 m.(4)机械效率η=入出P P =80％.高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
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2.4 焦耳定律【学习目标】1.理解电功的概念,理解电功是指静电力对自由电荷所做的功,知道电功的公式,能应用公式进行有关的计算。
2.理解电功率的概念和公式,会应用公式进行有关的计算。
3.知道电功率和热功率的区别和联系。
4.知道静电力对自由电荷做功的过程是电能转化为其他形式能的过程。
【知识导学】1.电功和电功率(1)电流做功的过程实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功,在这个过程中电荷的①电势能减少,其他形式的能增加,电流做了多少功,就有多少②电能转化为其他形式的能。
(2)电功的计算公式W=Uq=③UIt,电功的单位是④焦耳。
(3)⑤单位时间内电流所做的功叫作电功率,P==⑥UI,电功率的单位是⑦瓦特。
2.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟⑧电流的二次方成正比,跟导体的⑨电阻及通电⑩时间成正比。
(2)热量的表达式Q=I2Rt,热功率公式P=I2R。
(3)只有当电能全部转化为内能时才有“Q=W”。
如果电流通过电动机,那么电能除了少部分转化为内能外,多数转化为机械能;如果用电流给电池充电,那么电能除了少部分转化为内能外,多数转化为化学能,这时“Q<W”。
【三“点”探究】主题1:电功和电功率(重点探究)阅读教材中“电功和电功率”的相关内容,回答下列问题。
(1)用电器通电后,可以将电能转化为其他形式的能量。
根据我们的生活经验和所见所闻列举常见的用电器,并说明该用电器将电能主要转化成什么能。
(2)试从力的角度和能的角度分析电功的实质是什么。
(3)如图所示,一段电路两端的电压为U,电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动,形成电流I。
则在时间t内,通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少? 在这个过程中,静电力做了多少功?(4)电流做功不仅有多少,而且还有快慢,那么如何描述电流做功的快慢呢?用电器铭牌上所标的功率有何意义?主题2:焦耳定律阅读教材中“焦耳定律”标题下的内容,回答下列问题。
高中物理第二章恒定电流焦耳定律学案设计新人教选修
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=I2Rt(P=I2R)、Q=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.(4)物理意义: .(5)串联电路中:由P=I2R知==…=I2,电阻越大,功率越大;并联电路中:由P=知P1R1=P2R2=…=U2,电阻越小,功率越大.二、焦耳定律【演示实验】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: .(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==I2R.【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?【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>IUB.P=I2(R1+R2)C.P=IUD.P>I2(R1+R2)【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.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.4QB.2QC.D.2.下列求解电热的公式中,对所有电路均适用的是( )A.Q=UItB.Q=I2RtC.Q=tD.W=Pt3.一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B.每秒对外做10 kW功C.每秒消耗10 kJ电能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UItB.电动机消耗的电能为I2RtC.电动机线圈产生的热量为I2RtD.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:(1)消耗的电能.(2)产生的热量.(3)输出的机械能.高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
人教版 高二物理 选修3-1 第二章恒定电流 2.5焦耳定律 导学案设计(无答案)
主备人：日期：授课人：§2.5焦耳定律(一)学习要求★学习目标：1.从电能向其他形式能的转化来理解电功及电功率，理解电功和能量转化的关系．2．掌握焦耳定律，明确电功和电热的区别，知道纯电阻和非纯电阻电路．★学习重点.难点：。
电功、电热和电功率、热功率的理解和计算．(二)精讲精练一、电功和电功率1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的所做的功，简称为电功 ,公式单位常用单位有俗称2．电功率：单位时间内电流所做的功一段电路上的电功率P等于这段电路两端的和电路中的乘积．公式单位意义３．额定功率和实际功率额定功率:实际功率:4 .输入功率:输出功率 :例1：规格为“220V，1000W”的电炉，求：（ 1）.电炉正常工作时，通过电阻丝的电流（ 2）. 电炉的电阻二、焦耳定律1、电流做功的过程，是思考：电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关呢？2．焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积．３．热功率：公式知识升华提高一例3．加在某台电动机上的电压是U ，电动机消 耗的电功率为P ，电动机线圈的电阻为r ，则电动机线圈上消耗的热功率为（ ）A ．PB ．U 2/rC ．P 2r/U 2D ．P-P 2r/U 2思考：你知道了吗?“当电动车遇上八达岭”为什么会容易烧掉吗?例题4 有一个直流电动机，把它接入0．2v 电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A ，若把它接入2v 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A 。
求：（1）电动机正常工作时的输出功率。
（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器）知识升华提高二电功率与热功率（1）区别：（2）联系：例题5：对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（ ）知识升华提高三电功与电热的定义式与推导公式R I P 2=Ａ．R U P 2=Ｂ．UI P =Ｃ．tW P =Ｄ．小结：各物理量的定义式１．电功２．焦耳热３．电功率４．热功率(三)达标训练1．某电路在1分钟内消耗的电能为100J。
高中物理第二章恒定电流5焦耳定律教案新人教版选修3_1
5 焦耳定律[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别．科学思维：1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算.2.了解公式Q ＝I 2Rt (P ＝I 2R )、Q ＝U 2t R (P ＝U 2R)的适用条件.3.通过有关实例，让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系．一、电功和电功率 1．电功(1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程．(2)电功的计算公式：W ＝IUt . 单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“度”，1 kW·h＝3.6×106J. 2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功． (2)公式：P ＝Wt＝UI . (3)单位：瓦特，符号为W. (4)意义：表示电流做功的快慢． 二、焦耳定律 1．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 ＝I 2Rt . 2．热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率． (2)表达式：P ＝I 2R .(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量．1．判断下列说法的正误．(1)电功率越大，表示电流做功越多．(×)(2)电功W ＝UIt 可以用来计算所有电路中电流所做的功．(√)(3)电热Q ＝I 2Rt 可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热．(√)(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热．(√) 2．通过电阻R 的电流为I 时，在t 时间内产生的热量为Q ，若电阻为2R ，电流为I2，则在时间t 内产生的热量为 ． 答案 Q2解析 根据Q ＝I 2Rt 得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的12，时间不变，Q ′＝⎝ ⎛⎭⎪⎫I 22·2R ·t＝12I 2Rt ＝12Q .一、电功和电热的理解电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？答案 电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能．电熨斗工作时，将电能转化为内能．1．电功和电功率：W ＝UIt 是电功的计算式，P ＝UI 是电功率的计算式，适用于任何电路．2．电热和热功率：Q ＝I 2Rt 是电热的计算式，P 热＝I 2R 是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率．3．纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能．(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路．在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能． 4．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较例1 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路C ．在非纯电阻电路中，UI >I 2R D ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路 答案 BCD解析 电功率公式P ＝W t ，表示电功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U，焦耳热Q ＝(P U)2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 、R 都有关，所以P 越大，Q 不一定越大，A 错误．W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而I ＝UR只适用于纯电阻电路，B 正确．在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 正确．Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D 正确．二、纯电阻电路中的功率分配及计算1．在纯电阻电路中，由于W ＝Q ，I ＝U R ，所以有UI ＝I 2R ＝U 2R.2．串、并联电路中的功率关系3.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫做额定功率．当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率．(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率．例2 (2018·西安高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内( )A ．由Q ＝I 2Rt 可知，电炉的发热量减小 B ．由Q ＝UIt 可知，电炉的发热量不变C ．由Q ＝U 2Rt 可知，电炉的发热量增大D ．无法确定 答案 C解析 将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R 变小，由于加在电炉两端的电压U 不变，因此由公式Q ＝U 2Rt 可知，在相同时间t 内，电炉的发热量Q 增大，选项C 正确．例3 额定电压都是110 V 、额定功率P A ＝100 W 、P B ＝40 W 的灯泡两盏，若接在电压为220 V 的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是( )答案 C解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有P ＝UI ＝U 2R，可知R A ＜R B .对于A 电路，由于R A ＜R B ，所以U B ＞U A ，且有U B ＞110 V ，B 灯被烧毁，U A ＜110 V ，A 灯不能正常发光．对于B 电路，由于R B ＞R A ，A 灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于R B ，所以U B ＞U 并，B 灯被烧毁，A 灯不能正常发光．对于C 电路，B 灯与滑动变阻器并联电阻可能等于R A ，所以可能U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光．对于D 电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻，则U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光．比较C 、D 两个电路，当灯A 、B 均正常发光时，由于C 电路中滑动变阻器功率为(I A －I B )× 110 V ，而D 电路中滑动变阻器功率为(I A ＋I B )×110 V ，所以C 电路消耗电功率最小． 三、非纯电阻电路功率的分析与计算 1．电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P 入＝UI . (2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P 热＝I 2r .(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P 出＝IU －I 2r .(4)电动机的效率：η＝P 出P 入×100%＝IU －I 2rIU×100%.2．串、并联电路的总功率(1)串联电路：P 总＝U 总I ＝(U 1＋U 2＋U 3＋…)I ＝P 1＋P 2＋P 3＋… (2)并联电路：P 总＝UI 总＝U (I 1＋I 2＋I 3＋…)＝P 1＋P 2＋P 3＋…从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和．例4 (2018·九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；把它接入2 V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A.(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？ 答案 (1)0.5 Ω (2)1.5 W (3)8 W解析 (1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r ＝U 0I 0＝0.20.4Ω＝0.5 Ω(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P 总＝UI ＝2×1 W＝2 W 线圈内阻的热功率P 热＝I 2r ＝12×0.5 W＝0.5 W则电动机正常工作时的输出功率P 出＝P 总－P 热＝2 W －0.5 W ＝1.5 W(3)电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率P ＝U 2r ＝220.5W ＝8 W.例5 小型直流电动机(其线圈内阻为r ＝1 Ω)与规格为“4 V 4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R ＝5 Ω的电阻串联，然后接至U ＝12 V 的电源上，如图1所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：图1(1)通过电动机的电流； (2)电动机的输出功率P 出； (3)电动机的效率．答案 (1)0.6 A (2)2.04 W (3)85%解析 (1)流经灯泡的电流I L ＝P U L ＝44A ＝1 A流经电阻R 的电流I R ＝U －U L R ＝12－45A ＝1.6 A流经电动机的电流I ＝I R －I L ＝0.6 A.(2)电动机消耗的总功率P ′＝U L I ＝4×0.6 W＝2.4 W 电动机的热功率P 热＝I 2r ＝(0.6)2×1 W＝0.36 W电动机的输出功率P 出＝P ′－P 热＝2.4 W －0.36 W ＝2.04 W (3)电动机的效率：η＝P 出P ′×100%＝2.042.4×100%＝85%.[学科素养] 通过以上两题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式，并能区别应用电功率、热功率的相关公式进行相关计算，充分体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养． 针对训练 如图2所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V 的直流电路两端，灯泡正常发光，则( )图2A ．电解槽消耗的电功率为120 WB ．电解槽的发热功率为60 WC ．电解槽消耗的电功率为60 WD ．电路消耗的总功率为60 W 答案 C解析 灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V 电压，且干路电流I ＝I 灯＝611 A ，则电解槽消耗的电功率P ＝P 灯＝60 W ，A 错，C 对；电解槽的发热功率P 热＝I 2R 内≈1.3 W，B 错；整个电路消耗的总功率P 总＝220×611W ＝120 W ，D 错．1．(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等．停电时，用欧姆表测得A 、B 间电阻为R ；供电后，各家电器同时使用，测得A 、B 间电压为U ，进线电流为I ，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )图3A ．P ＝I 2RB ．P ＝U 2RC ．P ＝IUD ．P ＝I 2R ＋U 2R答案 C解析 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P ＝UI 来计算，C 正确． 2．(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流且正常工作，在相同时间内( ) A ．电炉放热与电动机放热相等 B ．电炉两端电压小于电动机两端电压 C ．电炉两端电压等于电动机两端电压 D ．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 答案 ABD3．(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R 1、R 2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R 1、R 2大小满足( )图4A ．R 2＝9R 1B ．R 2＝6R 1C ．R 2＝3R 1D ．R 1＝R 2答案 A解析 设每个灯泡正常发光时其电流为I ，则题图甲中总电流为3I ，题图乙中总电流为I ；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使P R 1＝P R 2，即(3I )2R 1＝I 2R 2，故R 2＝9R 1，所以选项A 正确．4．(非纯电阻电路功率的计算)(2018·清华附中期中)小电瓶车的电源电动势为12 V ，电源内阻不计，电动机线圈电阻为1 Ω，当它以5 m/s 的速度在水平地面匀速行驶时，受到的摩擦力为7.2 N ，求此时通过电动机线圈的电流． 答案 6 A解析 电瓶车匀速运动时，F ＝F f ＝7.2 N ，由P ＝Fv 可知，电瓶车输出功率：P ＝7.2×5 W＝36 W ， 电动机的输出功率P 出＝UI －I 2r ＝36 W ， 代入数据得：12I －I 2＝36 W ， 计算得出：I ＝6 A.一、选择题考点一 电功、电功率1．室内有几种用电器：1.5 kW 的电饭煲、200 W 的电冰箱、750 W 的取暖器、250 W 的电视机和2 kW 的空调器．如果进线处有13 A 的保险丝，供电电压为220 V ，下列情况下不能同时使用的是( ) A ．电饭煲和电冰箱 B ．取暖器和空调器 C ．电饭煲和空调器 D ．电冰箱、电视机和空调器 答案 C解析 电路中允许的最大功率为P m ＝UI ＝2 860 W ．用电器的功率之和大于P m 时，用电器就不可以同时使用，故C 正确．2.如图1所示为某两个电阻的U －I 图象，则电阻之比R 1∶R 2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P 1∶P 2及并联后接入电路时消耗功率之比P 1′∶P 2′分别是( )图1A ．2∶1 2∶1 1∶2B ．2∶1 1∶2 2∶1C ．1∶2 1∶2 2∶1D ．1∶2 2∶1 1∶2 答案 A3．(多选)有两个灯泡L 1、L 2，额定电压皆为6 V ，额定功率分别为6 W 、3 W ，将它们接在电路中，下列说法正确的是( )A ．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WB ．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 WC ．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WD ．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W 答案 BC解析 当两灯泡串联时，电流相等，L 1的额定电流为I 1＝P 1U 1＝1 A ，电阻R 1＝U 12P 1＝6 Ω，L 2的额定电流为I 2＝P 2U 2＝0.5 A ，电阻R 2＝U 22P 2＝12 Ω.要使两灯泡不致被烧坏，电路中的最大电流为0.5 A ，最大功率为P max ＝I 2 2R 1＋I 2 2R 2＝4.5 W ，故A 错误，B 正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6 V 时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9 W ，故C 正确，D 错误． 4.A 、B 为“220 V 100 W”的两盏相同的灯泡，C 、D 为“220 V 40 W”的两盏相同的灯泡．现将四盏灯泡接成如图2所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为P A 、P B 、P C 、P D .则实际功率的大小关系为( )图2A ．P A ＝PB ，PC ＝PD B ．P A ＝P D ＞P B ＝P C C ．P D ＞P A ＞P B ＞P C D ．P B ＞P C ＞P D ＞P A 答案 C解析 根据R ＝U 2P 得，R A ＝R B ＜R C ＝R D .由电路图知，U B ＝U C ，根据P ＝U 2R知P B ＞P C ；因为I A ＝I D ，根据P ＝I 2R 知，P D ＞P A .流过A 、D 的电流大于流过B 、C 的电流，由P ＝I 2R 知，P A ＞P B ，P D ＞P C ，所以P D ＞P A ＞P B ＞P C . 考点二 焦耳定律、热功率5．关于电功W 和电热Q 的说法正确的是( ) A ．在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt ，且W ＝QB ．在任何电路中都有W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt ，但W 不一定等于QC ．W ＝UIt 、Q ＝I 2Rt 均只有在纯电阻电路中才成立D ．W ＝UIt 在任何电路中都成立，Q ＝I 2Rt 只在纯电阻电路中才成立 答案 B解析 W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路，则W ＝Q ，在非纯电阻电路中W >Q ，B 对，A 、C 、D 错．6．通过电阻R 的电流为I 时，在t 时间内产生的热量为Q ，若电阻为R ，电流为2I ，则在时间t2内产生的热量为( )A ．4QB ．2Q C.Q 2 D.Q4答案 B考点三 纯电阻、非纯电阻电路7．有一台电风扇，额定电压为220 V ，额定电功率为50 W ，线圈电阻为0.4 Ω.当电风扇在额定电压下工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是( )A ．Q ＝I 2Rt ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫502202×0.4×60 J≈1.24 JB ．Q ＝Pt ＝50×60 J＝3 000 JC ．Q ＝IUt ＝50220×220×60 J＝3 000 JD ．Q ＝U 2R t ＝22020.4×60 J＝7.26×106J答案 A解析 电风扇正常工作时产生的热量是由于线圈发热产生的，所以每分钟产生的热量为Q ＝I 2Rt ≈1.24 J，A 正确．8．(多选)(2018·山师附中期末)日常生活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，得到热风可将头发吹干．设电动机线圈的电阻为R 1，它与电阻为R 2的电热丝相串联，接到直流电源上，电吹风两端电压为U ，通过的电流为I ，消耗的电功率为P ，则以下选项正确的是( ) A ．IU >P B ．IU ＝P C ．P >I 2(R 1＋R 2) D ．P ＝I 2(R 1＋R 2)答案 BC解析 根据题意可知，通过电吹风的电流为I ，它两端的电压为U ，所以它消耗的电功率P ＝UI ，A 项错误，B 项正确；电吹风内部有两部分电阻，一是电热丝的电阻，二是电动机线圈的电阻，所以热功率为I 2(R 1＋R 2)，因为有一部分电能转化为电动机的机械能，所以P >I 2(R 1＋R 2)，C 项正确，D 项错误．9．(2018·河北正定中学段考)一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V 的交流电源上(电源内阻忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A ，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A ，则下列说法中正确的是( ) A ．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 ΩB ．电饭煲消耗的电功率为1 555 W ，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC ．1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6×104J ，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103J D ．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 答案 C解析 由于电饭煲是纯电阻用电器，所以R 1＝UI 1＝44 Ω，P 1＝UI 1＝1 100 W ，其在1 min 内消耗的电能W 1＝UI 1t ＝6.6×104J ，洗衣机为非纯电阻用电器，所以R 2≠U I 2＝440 Ω，P 2＝UI 2＝110 W ，其在1 min 内消耗的电能W 2＝UI 2t ＝6.6×103J ，其热功率P 热≠P 2，而P 1＝10P 2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍，只有选项C 正确．10.电阻R 和电动机串联接到电路中，如图3所示，已知电阻R 跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作．设电阻R 和电动机两端的电压分别为U 1和U 2，经过时间t ，电流通过电阻R 做功为W 1，产生热量为Q 1，电流通过电动机做功为W 2，产生热量为Q 2，则有( )图3A ．U 1＜U 2，Q 1＝Q 2B ．U 1＝U 2，Q 1＝Q 2C ．W 1＝W 2，Q 1＞Q 2D ．W 1＜W 2，Q 1＜Q 2答案 A解析 电动机是非纯电阻，其两端电压U 2＞IR ＝U 1，B 错；电流做的功W 1＝IU 1t ，W 2＝IU 2t ，因此，W 1＜W 2，C 错；产生的热量由Q ＝I 2Rt 可判断Q 1＝Q 2，A 对，D 错．二、非选择题11.(2017·启东中学高一下期末)如图4所示，M 为电动机，N 为电炉子，电炉子的电阻R ＝4 Ω，电动机的内阻r ＝1 Ω，恒定电压U ＝12 V ．当S 1闭合、S 2断开时，理想电流表A 示数为I 1；当S 1、S 2同时闭合时，理想电流表A 示数为I 2＝5 A ．求：图4(1)理想电流表的示数I 1及电炉子发热功率；(2)电动机的输出功率．答案 (1)3 A 36 W (2)20 W解析 (1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得： I 1＝U R ＝124A ＝3 A 其发热功率为：P R ＝I 1 2R ＝32×4 W＝36 W ；(2)当S 1、S 2同时闭合时，流过电动机的电流为： I 3＝I 2－I 1＝2 A ，电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：UI 3＝P 出＋I 3 2r ，代入数据解得：P 出＝20 W.12．规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：(1)接220 V 的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率． 答案 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W解析 (1)排气扇在220 V 的电压下正常工作时的电流为I ＝P U ＝36220A≈0.16 A. 发热功率为P 热＝I 2R ＝(0.16)2×40 W≈1 W.转化为机械能的功率为 P 机＝P －P 热＝(36－1) W ＝35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I ′＝U R ＝22040A ＝5.5 A. 电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P 电′＝P 热′＝UI ′＝220×5.5 W＝1 210 W.13．一台小型电动机在380 V 电压下正常工作时，能将30 kg 的货物在30 s 内匀速提升30 m ，通过它的电流是1 A ．除电动机线圈生热，其他能量损失不计，求在此过程中：(g 取10 N/kg)(1)拉力对货物做功的功率；(2)电动机的输出功率；(3)电动机线圈所产生的热量．答案 (1)300 W (2)300 W (3)2 400 J解析 (1)货物匀速上升，故拉力等于重力，故有F ＝mg ＝30×10 N＝300 N ，上升的速度为v ＝h t ＝30 m 30 s＝1 m/s ， 故拉力的功率为P ＝Fv ＝300×1 W＝300 W.(2)电动机的输出功率P 出＝P ＝300 W.(3)由能量守恒定律可知Q ＝IUt －mgh ＝(1×380×30－300×30) J＝2 400 J.。
高中物理第二章第5节焦耳定律教案新人教版选修3_1
第二章恒定电流第五节焦耳定律（一）【课前预备】【课型】新讲课【课时】2课时【教学三维目标】（一）知识与技术1．理解电功的概念，明白电功是指电场力对自由电荷所做的功，理解电功的公式，能进行有关的计算．2．理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算．3．明白电功率和热功率的区别和联系．4．明白非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热．（二）进程与方式通过有关实例，让学生理解电流做功的进程就是电能转化为其他形式能的进程．（三）情感态度与价值观通过学习进一步体会能量守恒定律的普遍性【教学重点难点】重点：电功和电热的计算难点：电流做功的表达式的推导，纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化进程中的区别【教学方式】理论、类比、探讨、讨论、分析【教学进程】【温习引入】【问题】用电器通电后，能够将电能转化成其他形式的能量，生活中常常利用的用电器，其能量的转化情形?【回答】电灯把电能转化为内能和光能；电炉把电能转化为内能；电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能。
用电器把电能转化为其他形式能的进程，就是电流做功的进程。
即电流做功的进程就是电能转化为其他形式能的进程，在转化进程中，遵循能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。
【问题】用电器把电能转化成其他形式能的进程，就是电流做功的进程。
电流做功的多少及电流做功的快慢与哪些因素有关呢？5 焦耳定律一、电功和电功率【展示】【问题】如图所示，一段电路两头的电压为U，由于这段电路两头有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时刻t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?【回答】在时刻t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q=It。
【问题】这相当于在时刻t 内将这些电荷q 由这段电路的一端移到另一端。
在那个进程中，【问题】电场力做了多少功？【回答】在这一进程中，电场力做的功W =qU =IUt【问题】电流做功实质上是如何的？【回答】电流做功的实质是电路中电场力对定向移动的电荷做功。
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2.4 焦耳定律【学习目标】1.理解电功的概念,理解电功是指静电力对自由电荷所做的功,知道电功的公式,能应用公式进行有关的计算。
2.理解电功率的概念和公式,会应用公式进行有关的计算。
3.知道电功率和热功率的区别和联系。
4.知道静电力对自由电荷做功的过程是电能转化为其他形式能的过程。
【知识导学】1.电功和电功率(1)电流做功的过程实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功,在这个过程中电荷的①电势能减少,其他形式的能增加,电流做了多少功,就有多少②电能转化为其他形式的能。
(2)电功的计算公式W=Uq=③UIt,电功的单位是④焦耳。
(3)⑤单位时间内电流所做的功叫作电功率,P==⑥UI,电功率的单位是⑦瓦特。
2.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟⑧电流的二次方成正比,跟导体的⑨电阻及通电⑩时间成正比。
(2)热量的表达式Q=I2Rt,热功率公式P=I2R。
(3)只有当电能全部转化为内能时才有“Q=W”。
如果电流通过电动机,那么电能除了少部分转化为内能外,多数转化为机械能;如果用电流给电池充电,那么电能除了少部分转化为内能外,多数转化为化学能,这时“Q<W”。
【三“点”探究】主题1:电功和电功率(重点探究)阅读教材中“电功和电功率”的相关内容,回答下列问题。
(1)用电器通电后,可以将电能转化为其他形式的能量。
根据我们的生活经验和所见所闻列举常见的用电器,并说明该用电器将电能主要转化成什么能。
(2)试从力的角度和能的角度分析电功的实质是什么。
(3)如图所示,一段电路两端的电压为U,电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动,形成电流I。
则在时间t内,通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少? 在这个过程中,静电力做了多少功?(4)电流做功不仅有多少,而且还有快慢,那么如何描述电流做功的快慢呢?用电器铭牌上所标的功率有何意义?主题2:焦耳定律阅读教材中“焦耳定律”标题下的内容,回答下列问题。
(1)如何理解电流的热效应?电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关?(2)分析比较纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和热量的关系。
(3)探究电功率与热功率的含义及其计算公式分别是什么,它们是否相等?(4)列举日常生活中利用电流的热效应的用电器,指出电流热效应不利的方面。
【知识运用】1.一个电热器电阻为R,当它两端电压为U时,通过时间t消耗的电能为W。
若要使它消耗的电能为4W,下列方法正确的是( )。
A.电阻R不变,电压U不变,通电时间t变为原来的2倍B.电阻R减半,电压U增大1倍,通电时间t不变C.电阻R不变,电压U增大1倍,通过时间t不变D.电阻R减半,电压U不变,通电时间t不变2.下列情况中,能判定电路两端电压为220 V的是( )。
A.每通过1 C的电荷量,电流做功为220 JB.通电时间为1 s时,通过的电荷量为220 CC.通电时间为1 s时,电流做功为220 JD.每通过220 C的电荷量,电流做功为1 J3.一台正常工作的电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,且都通过相同的电流,则在相同时间内( )。
A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉的功率4.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )。
A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多B.W=UIt 适用于任何电路,而W=I2Rt=t只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,UI>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路【拓展提升】拓展一、纯电阻电路中电功、电功率、热量、热功率的计算1.电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同,图示为某种电热式用电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。
(1)当自动开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?(2)用电器由照明电路供电,U=220 V,设加热时用电器的电功率为400 W,保温时用电器的电功率为40 W,则R1和R2分别为多大?拓展二、非纯电阻电路中电功、电功率、热量、热功率的计算2.有一个直流电动机,把它接入0.2 V电压的电路中时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4 A;若把电动机接入2.0 V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0 A。
则电动机正常工作时的输出功率是多大?如果在电动机正常工作时,转子突然卡住,则电动机的发热功率是多大?【补充学习材料】【反思总结】2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．倾角为θ的斜面固定在水平面上，在斜面上放置一“”形长木板，木板与斜面之间的动摩擦因数为μ。
平行于斜面的力传感器（不计传感器的重力）上端连接木板，下端连接一质量为m 的光滑小球，如图所示，当木板固定时，传感器的示数为1F ，现由静止释放木板，木板沿斜面下滑的过程中，传感器的示数为2F 。
则下列说法正确的是（ ）A ．若0μ=，则12F F =B ．若0μ=，则2sin F mg θ=C ．若0μ≠，则12tan F F θμ= D ．若0μ≠，则21tan F F θμ= 2．如图所示，一个劲度系数为k 的轻质弹簧竖直放置，弹簧上端固定一质量为2m 的物块A ，弹簧下端固定在水平地面上。
一质量为m 的物块B ，从距离弹簧最上端高为h 的正上方处由静止开始下落，与物块A 接触后粘在一起向下压缩弹簧。
从物块B 刚与A 接触到弹簧压缩到最短的整个过程中（弹簧保持竖直，且在弹性限度内形变），下列说法正确的是（ ）A ．物块B 的动能先减少后增加又减小 B ．物块A 和物块B 组成的系统动量守恒C ．物块A 和物块B 组成的系统机械能守恒D ．物块A 物块B 和弹簧组成的系统机械能守恒 3．如图所示，一个人静止在地面上，当60α︒=时，人能拉起重物的最大重力为人重力的0.2倍，已知地面对人的最大静摩擦力等于滑动摩擦力（忽略定滑轮的摩擦力），则当30︒=α时，人静止时能拉起重物的最大重力约为人重力的（ ）A ．0.3倍B ．0.6倍C ．0.8倍D ．1.61倍4．如图所示，由粗糙的水平杆AO 与光滑的竖直杆BO 组成的绝缘直角支架，在AO 杆、BO 杆上套有带正电的小球P 、Q ，两个小球恰能在某一位置平衡。
现将P 缓慢地向左移动一小段距离，两球再次达到平衡。
若小球所带电荷量不变，与移动前相比（ ）A ．杆AO 对P 的弹力减小B ．杆BO 对Q 的弹力减小C ．P 、Q 之间的库仑力减小D ．杆AO 对P 的摩擦力增大5．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（ ）A ．t=0.005s 时线框的磁通量变化率为零B ．t=0.01s 时线框平面与中性面重合C ．线框产生的交变电动势有效值为300VD ．线框产生的交变电动势频率为100Hz6．如图所示，AB E 、、是匀强电场中一个椭圆上的三个点，其中A 点的坐标为(0,3)，B 点的坐标为(5,0)，E 点的坐标为(0,3)-，CD 、两点分别为椭圆的两个焦点，、、A B C 三点的电势分别为5V 、10V 、1V ，椭圆所在平面与电场线平行，元电荷191.610C e -=⨯，下列说法中正确的是（ ）A ．E 点的电势为4VB ．D 点的电势为9VC ．匀强电场的场强大小为10V/mD ．将一个电子由A 点移到D 点，电子的电势能增加196.410J -⨯7．如图所示，A B 、两金属板平行放置，在0t =时刻将电子从A 板附近由静止释放（电子的重力忽略不计）。
分别在A B 、两板间加上下列哪一种电压时，有可能使电子到不了B 板（ ）A ．B ．C ．D ．8．一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，动能增大为原来的4倍，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的（ ）A ．向心加速度大小之比为1∶4B ．轨道半径之比为4∶1C ．周期之比为4∶1D ．角速度大小之比为1∶29．甲、乙两车在同一平直公路上运动，两车的速度v 随时间t 的变化如图所示。
下列说法正确的是（ ）A ．甲乙两车的速度方向可能相反B ．在t 1到t 2时间内，甲车的加速度逐渐增大C ．在t 1到t 2时间内，两车在同一时刻的加速度均不相等D ．若t=0时刻甲车在前，乙车在后，在运动过程中两车最多能相遇三次10．为探测地球表面某空间存在的匀强电场电场强度E 的大小，某同学用绝缘细线将质量为m 、带电量为+q 的金属球悬于O 点，如图所示，稳定后，细线与竖直方向的夹角θ= 60°；再用另一完全相同的不带电金属球与该球接触后移开，再次稳定后，细线与竖直方向的夹角变为α= 30°，重力加速度为g ，则该匀强电场的电场强度E 大小为（ ）A ．E=3q mgB ．E=32q mgC ．E=33q mgD ．E=mg q二、多项选择题：本题共5小题，每小题3分，共15分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分11．回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D 形金属盒半径为R ，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为B 的匀强磁场与盒面垂直，A 处粒子源产生质量为m 、电荷量为+q 的粒子，在加速电压为U 的加速电场中被加速，所加磁场的磁感应强度、加速电场的频率可调，磁场的磁感应强度最大值为B m 和加速电场频率的最大值f m 。
则下列说法正确的是（ ）A ．粒子获得的最大动能与加速电压无关B ．粒子第n 次和第n+11n n +C ．粒子从静止开始加速到出口处所需的时间为2π2BR t U= D ．若 2πm m qB f m<，则粒子获得的最大动能为2222πkm m E mf R = 12．下列关于振动和波的说法，正确的是 。
A ．声波在空气中传播时，空气中各点有相同的振动频率B ．水波在水面上传播时，水面上各点沿波传播方向移动C ．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射D ．当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某质点相遇，则该质点位移始终最大E.为了增大干涉条纹间距，可将蓝光换成红光13．随着北京冬奥会的临近，滑雪项目成为了人们非常喜爱的运动项目。
如图，质量为m 的运动员从高为h 的A 点由静止滑下，到达B 点时以速度v 0水平飞出，经一段时间后落到倾角为θ的长直滑道上C 点，重力加速度大小为g ，不计空气阻力，则运动员（ ）A ．落到斜面上C 点时的速度v C =0cos 2v θB ．在空中平抛运动的时间t=0tan v gθ C ．从B 点经t=0tan v gθ时， 与斜面垂直距离最大 D ．从A 到B 的过程中克服阻力所做的功W 克=mgh －12mv 02 14．如图，发电机的输出电压()10002sin100πV U t =，通过理想降压变压器给若干盏灯泡供电，输电线上连接可调电阻r 。