高中物理焦耳定律
焦耳定律三个公式
焦耳定律三个公式焦耳定律是研究热学中的基本定律之一，描述了能量转换的原理。
它建立在能量守恒定律的基础上，指出了能量转化的过程中所涉及的物理量之间的关系。
焦耳定律的三个公式分别是功率公式、电功率公式和电阻功率公式。
下面将详细介绍这三个公式。
1.功率公式：焦耳定律的功率公式描述了功率与电力和电流之间的关系。
它表示为P=IV，其中P为功率，单位为瓦特(W)；I为电流，单位为安培(A)；V为电压，单位为伏特(V)。
这个公式表明，功率等于电流与电压的乘积。
功率可以理解为单位时间内能量的转移速度，或者说单位时间内对外界做功的速率。
根据焦耳定律，电流是电荷通过导体的速率，而电压则是电荷在导体上受到的驱动力。
因此，功率公式可以理解为电流通过导体时所受到的驱动力乘以电流的速率。
换句话说，功率等于电流通过导体时所产生的能量转移速度。
2.电功率公式：焦耳定律的电功率公式描述了电功率与电阻、电流和电压之间的关系。
它表示为P=I^2R，其中P为电功率，单位为瓦特(W)；I为电流，单位为安培(A)；R为电阻，单位为欧姆(Ω)。
电功率可以理解为单位时间内克服电阻所消耗的能量。
由于电流通过电阻时会产生电阻的热量，所以电功率可以看作是电阻产生热量的速率。
根据焦耳定律，电阻的热量与电流的平方成正比。
因此，电功率公式中的电流平方表明了电功率与电流的关系，而电阻则是电功率的比例因子。
3.电阻功率公式：焦耳定律的电阻功率公式描述了电阻功率与电阻和电压之间的关系。
它表示为P=V^2/R，其中P为电阻功率，单位为瓦特(W)；V为电压，单位为伏特(V)；R为电阻，单位为欧姆(Ω)。
电阻功率可以理解为单位时间内通过电阻消耗的能量。
根据焦耳定律，电阻消耗的能量与电流通过电阻时所产生的热量成正比，而产生热量的大小与电压的平方成正比。
因此，电阻功率公式中的电压平方表明了电阻功率与电压的关系，而电阻则是电阻功率的比例因子。
综上所述，焦耳定律的三个公式分别是功率公式、电功率公式和电阻功率公式。
高中物理《焦耳定律》新人教版选修3-1
2．如图所示，直流电动机M的电枢电阻一定， 当电源电压U=0.3V时电动机不转动，电流表 的示数为0.3A．当U=2V时，电动机正常运转， 电流表的示数为0.8A． （1）求电动机正常工作时输出的机械功率． （2）如果在电动机正常工作时，转子突然被 卡住，电动机的热功率多大．
（1）0.96 W ，（2）4W（转 子不动时的电动机电路是纯 电阻电路）．
小结：
１．电功 W UIt ２．焦耳热 Q I 2 Rt
W ３．电功率 P UI t
Q ４．热功率P I 2 R t
小结：焦耳定律 Q＝I2Rt
电功和电热： 1）纯电阻电路中（电路中只含有电阻） W＝UIt＝I2Rt＝Q P电＝UI＝ P热＝Q／t＝I2R 2）非纯电阻电路中： W＝UIt 大于I2Rt＝Q； P电＝UI 大于P热＝Q／t＝I2R P电＝P热＋P其它
2.5《焦耳定律》
当电动车遇到八达岭…… 没辙了！ 歇菜了！ 烧掉了!
为什么呢？
一、电功和电功率
如图一段电路两端的电压为U，通过的电 流为I，在时间t内通过这段电路任一横截 的电荷量 q It ．
则电场力做功 W qU 即： W UIt
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就 是通常所说的电流所做的功，简称为电功．
（３）单位：在国际单位制中是瓦（W），常 用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）． 1kW＝103W＝106mW=10-3MW
３．额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标 称的功率是额定功率，用电器在实际电压下 工作的功率是实际功率． 用电器只有在额定电压下工作实际功率才 等于额定功率．
几种常见家用电器的额定功率
Q 2 P I R t
纯电阻电路:
电能
物理焦耳公式
物理焦耳公式
焦耳是能量单位，用于描述能量的大小。
在物理学中，焦耳公式是一个用于计算能量转换和热量转移的公式。
具体来说，焦耳公式可以表示为：Q = I²Rt。
其中，Q表示热量（焦耳），I 表示电流（安培），R表示电阻（欧姆），t表示时间（秒）。
这个公式是用于计算在电阻元件中，由于电流流过而产生的热量。
这是因为在电能转换为热能的过程中，电流会通过电阻元件，导致元件温度升高，从而产生热量。
此外，还有其他焦耳定律公式：Q = W = Pt，其中，Q表示热量（焦耳），W 表示电功（焦耳），P表示功率（瓦特），t表示时间（秒）。
这个公式是用于计算在纯电阻电路中，由于电能转换为热能而产生的热量。
它也可以用于计算在非纯电阻电路中，由于电流做功而产生的热量。
需要注意的是，焦耳定律仅适用于纯电阻电路，即电路中只有电阻元件而没有电容、电感等非电阻元件的电路。
对于非纯电阻电路，焦耳定律不成立，因为非电阻元件的存在会影响电路中的电流和电压，从而影响热量的产生和转移。
人教版高中物理选修31：第二章 2.5焦耳定律 课件
1、电流通过导体时，导体要发热，在此过程中产生的 热量如何计算？电流产生的热量用焦耳定律来计算
2、焦耳定律的内容是什么？怎样表示？
内容：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平 方、导体电阻和通电时间成正比。 用公式表示为：Q=I2Rt
焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路．
◆由部分电路欧姆定律可知： Q I 2Rt UIt U 2 t R
q
q
q
多少功？
电场力做的功:W=qU
◆在上面所述的导体中是否存在电流？电流强度是
多少？ 存在，电流强度为：I=q/t
◆若用电流和电压来表示电流所做的功可表示成什么？
电场力做的功:W=qU=UIt 这就是电路中电场力做功即电功的表达式.
评
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常 所说的电流所做的功，简称为电功．
例2.把一根长为L的电炉丝接到220V的电路中用它来烧 沸一壶水，需时间t秒钟，若将此电炉丝均匀的拉长， 使半径减小为原来的一半，而后再剪掉长为L的一段， 再将余下的电炉丝接到同样的电路中，仍用 它烧沸一 壶同样的水，则需时间 １２t 秒.
解析：由电阻定律可知，此电阻丝阻值变为原来的12 倍，在电压不变的情况下，功率变为原来的1/12，烧 沸同一壶水，需要电功相同，则时间变为原来的12倍， 故，答案为12t.
W=Q =UIt=I2Rt=U2/Rt P电=P热=UI=I2R=U2/R
（1）纯电阻电路——只含有纯电阻的电路，如电炉、 白炽灯等，像演示中电动机不转时的电路.
W电
Q热
电流做的功全部转化为内能W电= Q内 即 P电= P热
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非纯电阻电路中，电能不但有一部分转化为内能还有 一部分转化为其他形式的能量。所以电功不等于电热。
焦耳定律
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产 生。请举例说明。
电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫
做电流的热效应。
想想议议
电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热
得发红，而导线却几乎不发热? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?
演示实验
电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?
Q = W = UIt = I2Rt 如：电暖器，电饭锅，电炉子，白炽灯等。
例题
一根 10 Ω 的电阻丝接在 6 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量? 解:
U 6V I= = = 0.6 A R 10 Ω
Q = I2Rt
=(0.6 A)2×10 W×300 s = 1080 J
答: 在 5 min 内共产生 1080 J 热量。
2．当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电 机的机械能： 电能 内能+机械能
W＞ Q 热
UIt W=_______
2Rt I Q热=______
四、电热的利用和防止
1．电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡
用来加热
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
流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。
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，跟导体的电阻成正
比，跟通电时间成正比。
2．公式：Q = I2Rt
3．热量单位：焦耳（J）
三、电能和电热关系
1．当电流通过导体时，如果电能全部转化为 内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电 流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即
实验装置
高三物理焦耳定律知识点
高三物理焦耳定律知识点焦耳定律，又称为焦耳-内耗定律，是热力学中的一个基本定律，描述了导体中电能转化为热能的过程。
它由英国物理学家焦耳于19世纪中期首次提出，并被广泛应用于电路分析和加热效果的研究。
以下是关于高三物理焦耳定律的一些重要知识点。
1. 定义和公式焦耳定律描述了电流通过导体产生的热量与电阻、电流和时间之间的关系。
根据焦耳定律的定义，通过导体中的电能转化为热能的速率正比于电阻、电流强度的平方以及电流通过导体的时间。
焦耳定律的公式如下所示：Q = I^2 * R * t其中，Q表示转化为热能的总量（单位为焦耳），I表示电流强度（单位为安培），R表示电阻（单位为欧姆），t表示时间（单位为秒）。
2. 焦耳定律的应用焦耳定律广泛应用于电路中的热问题分析和电热设备的设计。
例如，当电流通过电阻时，电阻产生的热量可以通过焦耳定律计算得出。
这对于电路中的电流限制和安全保护非常重要。
此外，焦耳定律也被应用于加热器、电炉等电热设备的设计中，以确定所需的功率和耗能等参数。
3. 焦耳定律的推导焦耳定律的推导基于电能守恒定律和电功率的定义。
首先，根据电能守恒定律，电流通过导体时，电能转化为热能，不产生其他形式的能量。
其次，电功率的定义是功率等于电流乘以电压，即P = I * V。
根据欧姆定律，V = I * R。
将电压代入功率公式中可得P = I^2 * R。
进一步引入时间，即可得到焦耳定律的公式。
4. 焦耳定律的条件和限制焦耳定律适用于恒定电流通过恒定电阻的情况。
它假设导体的温度不发生显著变化，导线的内阻可以忽略不计，并且导体的物理性质保持不变。
在实际应用中，如果导体的温度升高过快或导线的内阻较大，焦耳定律可能不再适用。
5. 焦耳定律的单位换算焦耳定律中，电流强度的单位是安培，电阻的单位是欧姆，时间的单位是秒，热能的单位是焦耳。
在实际应用中，常常会使用特定的单位换算。
例如，将电功率单位从瓦特（W）换算为焦耳/秒（J/s），可以使用1瓦特等于1焦耳/秒的换算关系。
焦耳定律课件
18
小结: 电功和电功率、电热和热功率
一、电功W
定义：电场力(或电流)所做的功.
公式：W=IUt
单位：J 1kWh=3.6×106J
二、电功率P 定义：单位时间内电流所做的功
对纯电阻电路: 电功=电热
公式：P=W/t=IU 单位：W kW
三、电热Q
定义: 电流通过导体产生的热量.
公式：Q=I2Rt
第二章 恒定电流
2.5 焦耳定律
焦耳定律
1
焦耳定律
2
焦耳定律
3
一、电功
1、定义：电场力(或电流)所做的功.
电功是电能转化为其他形式能的量度.
电炉通电时，电能转化为内能；电动机通电 时，电能转化为机械能；电池充电时，电能转 化为化学能。电能转化为其他形式能的过程就 是电流做功的过程。
电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由 电荷的电场力做功。电场力对电荷做功，电荷 的电势能减少，其他形式的能增加。
由于以上三个条件中的任何一个得到满足时，其余两个条 件必定满足，因此它们是用电器正常工作的等效条件.
灵活选用等效条件，往往能够简化解题过程．
2、用电器接入电路时：
①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其
电阻不变．
②用电器实际功率超过其额焦耳定定律功率时,认为它将被烧毁.
21
例1：对计算任何用电器的电功率
电流在一段电路中所做的功W等于这 段电路中的电流 I 、电路两端的电压U、 通电时间 t 三者的乘积．
3、单位：焦(J) 千瓦时(kW·h).
1kW·h＝3.6×106J
焦耳定律
6
二、电功率
1、定义：单位时间内电流所做的功.
表示电流做功的快慢．
高中物理人教选修3课件-焦耳定律
4．物理意义 反映电能转化为其他形式能的多少。 5．对电功的理解 ① 从 力 的 角 度 ， 电 流 做 功 的 实 质 是 ___电__场__力___ 对 电 荷 做 功。 ②从能的角度，电流做功是__电__能___转化为其他形式能的 过程，电功的大小量度着电能的转化，它标志着电能转化为其 他形式的能。
知道电功率和热功率的区别和联系，能区分电功 ※
和电热。
课堂情景切入
为什么电视机、电风扇通电时间长了会发热？ 电流产生的热量和哪些因素有关？
知识自主梳理
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 ___、通电时间t三者的乘积。 2．表达式 W＝qU＝___U_I_t___。 3．单位 国 际 单 位 为 __焦__耳______ ， 符 号 为 J 。 常 用 单 位 为 千 瓦 时 (kWh)，亦称为“度”，1度＝__3_.6_×__1_0_6__焦耳。
内能
的能
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
2.电功与电热的计算公式比较 纯电阻电路
电功 W＝IUt＝I2Rt＝UR2t 电热 Q＝IUt＝I2Rt＝UR2t 电功率 P＝IU＝I2R＝UR2 热功率 P＝IU＝I2R＝UR2
非纯电阻电路 W＝IUt Q＝I2Rt P＝UI P＝I2R
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_2R__t ____。 2．热功率 (1)定义：单位时间内放出的热量。
(2)表达式：P＝Qt ＝__I_2_R______。
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§5焦耳定律
【典型例题】
【例1】将A 、B 两个白炽灯接入电路，关于这两只灯泡的发光情况，正确的说法是（ D ）
A 、 若A 灯中的电流比
B 灯大，则A 灯一定比B 灯亮
B 、若A 灯两端的电压比B 灯大，则A 灯一定比B 灯亮
C 、若电流对A 灯做的功比B 灯多，则A 灯一定比B 灯亮
D 、若A 灯消耗的电功率比B 灯大，则A 灯一定比B 灯亮
【解析】白炽灯是利用电流的热效应工作的，而灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，只有通过灯泡的电流大，灯泡两端的电压大，不能得到灯泡实际功率大这一结论，电流做功多，同样不能确认实际功率大。
【答案】D
【例2】额定电压为220V 的电动机的线圈电阻为0.8Ω，正常工作时，电动机每秒放出的热量为为1280J ，则电动机正常工作时的电流强度为多大？每秒有多少焦的电能转化成机械能？
【解析】电动机电路为非纯电阻电路，输出电动机的电功率，一方面转化为机械功率输出，另一方面转化为线圈电阻的发热功率，正常工作时，通过线圈的电流即为正常工作电流，由焦耳定律Q= I 2Rt 得
1280=I 2×0.8×1
解得I=40A
由能量转化和守恒得P 输入=P 机+P 热
P 机=UI-I 2R=8800-1280=7520J
【例3】某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V 的电动机带动下以0.4m/s 的恒定速度向斜上方运动。
电动机的最大输出功率为4.9kW ，不载人时测得电动机中的电流为5A ，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是多少？（设人的平均质量为60kg ，g ＝10m/s 2）
【解析】因为电动机有最大输出功率，这就决定了自动扶梯载人也有最大限额。
从功率关系来看，电动机的输出功率，⑴提供扶梯自身运动所需功率；⑵转化为扶梯上的人以恒定速率向上所需的功率。
设：可同时乘载的最多人数为n 人，此时电动机处于最大输出功率状态，扶梯本身向上运动所需功率为：P 1＝IU ＝5×380W ＝1900W ＝1.9kW
电动机的最大输出功率为P ，n 个人以恒定速率v ＝0.4m/s 随扶梯向上运动所需功率为：P 2＝P －P 1＝（4.9－1.9）kW ＝3.0kW 所以，载人的最多人数是：25214.01060100.3sin 32=⨯⨯⨯⨯==θm gv P n 个
注意：扶梯对人的支持力竖直向上，而人的运动方向与水平面有一夹角θ，故克服重力的功率为θsin mgv P =，而不是mgv P =
【基础练习】
一、选择题：
1、在下列用电器中，那些属于纯电阻用电器：（ ）
A 、电扇和电吹风
B 、白炽灯、电烙铁和电热毯
C 、洗衣机和电冰箱
D 、电解槽
2、关于电功，下列说法中正确的有：（）
A、电功的实质是电场力所做的功
B、电功是电能转化为其他形式能量的量度
C、电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大
D、电流通过电动机时的电功率和热功率相等
3、在某段电路中，其两端电压为U，通过的电流为I，通电时间为t，若该电路电阻为R，则关于电功和电热的关系，下列结论正确的是（）
A、在任何电路中，电功UIt=I2Rt
B、在任何电路中，电功为UIt，电热为I2Rt
C、在纯电阻电路中，UIt=I2Rt
D、在非纯电阻电路中，UIt≥I2Rt
4、若A灯标有“220V 60W”，B灯标有“220V 100W”，把两灯接入电路中，下列说法中正确的是（）
A、当通过两灯的电流相等时，A灯比B灯亮
B、当通过两灯的电流相等时，B灯比A灯亮
C、当加在两灯的电压相等时，A灯比B灯亮
D、当加在两灯的电压相等时，B灯比A灯亮
5、为了使电炉消耗的功率减小到原来的一半，可行的办法是（）
A、使通过它的电流减半
B、使两端的电压减半
C、使电炉的电阻减半
D、使它两端的电压和电阻均减半
6、有一只灯泡的灯丝断了，通过转动灯泡把灯丝接通，再接入电源后，所发生的现象及其原因是（）
A、灯丝电阻变小，通过它的电流变大，根据P=I2R，电灯变亮
B、灯丝电阻变大，通过它的电流变小，根据P=I2R，电灯变暗
C、灯丝电阻变小，它两端的电压不变，根据P=U2/R，电灯变亮
D、灯丝电阻变大，它两端的电压不变，根据P= U2/R，电灯变暗
二、填空题：
7、一个电阻为20Ω的导体，当它每通过3C电量时，电流做功18J，那么此导体两端所加电压为V，通过3C电量的时间为s。
8、有一电风扇标有“220V 55W”，若电风扇的电动机线圈电阻为8Ω，当它正常工作时，电源供给的电功率是W，转化为风的电功率是W，电动机的发热功率是W。
9、设通过某电阻R的电流为I，则对应每一个定向通过R的电子（电荷量为e）,电场力所做的功为。
三、计算题：
10、某滑动变阻器上标有“20Ω、0.2A”的字样，现将固定端A和滑
动端P接在3V的电源上，并保持电压不变，如图所示。
在P由B端
向A端移动的过程中，AP端电阻允许消耗的最大功率是多少？这时
AP段的电阻多大？
11、一个标有“110V、10W”的灯泡，求：
⑴它的电阻；
⑵正常工作时的电流；
⑶如果接在100V的电路中实际功率多大？
⑷接在220V电压的电路中，它的实际功率多大？会发生什么现象？
12、一台直流电动机的额定电压为U＝110V，电枢的电阻R＝0.5Ω，当它正常工作时通过的电流I=20A，若电动机正常运转时间t＝1分钟。
求：
⑴电流所做的功；
⑵电枢上产生的热量；
⑶电动机输出的机械能。
【能力提升】
1、在某段电路中，其两端电压为U，通过的电流为I，通电时间为t，那么关于电功和电热的关系错误的是（）
A、在任何电路中，电功IUt等于电热I2Rt
B、在任何电路中，电功为IUt，电热为I2Rt
C、在纯电阻电路中，IUt=I2Rt
D、在非纯电阻电路中，IUt＞I2Rt
2、将一根电阻丝接在某恒定电压的电源两端，电流做功的功率为P。
若将金属丝均匀的拉长为原来的两倍后再接入原来的电路中，则它的功率为：（）
A、4P
B、0.25P
C、16P
D、0.125P
3、在电阻器上除了标明电阻值，还标明额定功率，这是它工作时允许消耗的最大功率，超过这个功率，电阻器就会烧坏，现有一个“100Ω4W”的电阻器，允许加在这个电阻器上的最大电压为U= V。
允许通过这个电阻器的最大电流为I= A。
当电阻器两端的电压为16V时，它消耗的功率为P= W。
4、如图所示的电路中，电阻R=10Ω，电动机M的线圈电阻r=1Ω,
加在电路两端的电压U=100V，已知电流表的读数为30A，则通过
电动机线圈的电流强度为多少？通电1min，电流对电动机M做的
§5焦耳定律
【基础练习】
一、选择题：
1、B
2、AB
3、BC
4、AD
5、D
6、C
二、填空题：
7、6 10 8、55 54.5 0.5 9、eIR
三、计算题：
10、0.6W 15Ω11、1210Ω0.09A 8.3W 40W 灯丝立即烧断12、1.32×105J 1.2×104J 1.2×105J
【能力提升】
1、A
2、B
3、20 0.2 2.56
4、20 1.2×105J。