人教版高中物理选修焦耳定律
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。
2.5 ——上课用——焦耳定律
2、公式: (1)推导：电热元件中电能（电流做的功） 全部转化为内能：Q=W=IUt Q=I2 R t 欧姆定律：U=IR
(2)实验:
I、t相同时Q与R的关系 R、t相同时Q与I的关系
I、R相同时Q与t的关系(观察一个装置中 的温度随时间的变化情况）
3 、 焦 耳 定 律 ：电流通过导体产生的热量Q跟电
流I的二次方成正比、跟导体的电阻R 和通电时
间 t成正比．
定律公式：Q=I2 R t
电热公式
4、单位：焦(J) 千瓦时(kW·h).
5、焦耳定律适用于:纯电阻电路与非纯电阻电路．
1）纯电阻电路：只含有电热元件的电路（如白炽灯、电炉、电烙
铁；及转子被卡住的电动机）．特点：电功全转化成电热W＝Q
2）非纯电阻电路：电路中含有电热元件以外的转化能量元件的
电流在一段电路中所做的功W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．
6、单位：焦(J) 千瓦时(kW·h). 1J＝1V·A·S=1V·C
二、电功率
1kW·h＝3.6×106J
1 、物理意义： 表示电流做功的快慢的物理量．
2、定义： 单位时间内电流所做的功.
3、定义式: P =W/t=UI 电功率普适公式
电路，如：正在转动的电动机或正在发生化学反应的电解槽等电
路．特点：电功只有部分转化成电热 W>Q
返回课题的问题：
电炉通电时电流做的功全转
化成电热；电动机通电时电流做的功一部分转化成机械
能，另一部分转化成电热；电池充电时电流做的功一部
分转化成化学能，另一部分转化成电热。
四、热功率 1、定义: 电流在单位时间内发出的热量.
高中物理 第2章 第5节 焦耳定律课件 新人教版选修31课件
为了更清楚地看出各概念之间区别与联系，列表如下：
栏 目 链 接
►尝试应用 3．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的电热丝相串联，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，有 以下结论：
栏 目 链 接
①P＞IU ③P＝IU
②P＝I2(R1＋R2) ④P＞I2(R1＋R2)
栏 目 链 接
以上结论正确的是(D) A．只有① B．只有③ C．只有②③ D．只有③④ 解析：因电吹风属非纯电阻用电器，故电功率 P＝IU＞I2(R1＋ R2)，选 D.
题型一
电功和电功率
例1 电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝60 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( )
U2 越大；并联电路中：由P＝ 知P1R1＝P2R2＝…＝U2，电阻越小， R 功率越大．
注意：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能过程，电流做 了多少功，表明有多少电能转化为其他形式的能．可见电功反映了电 能转化为其他形式的能的多少． 电功的表达式 W＝UIt 以及电功率 P ＝UI 适用于所有电流做功和功率的计算．
►变式训练 2．某一电动机，当电压U1＝10 V时带不动负载，因此不转动， 这时电流为I1＝2 A．当电压为U2＝36 V时能带动负载正常运转，这 时电流为I2＝1 A．求这时电动机的机械功率是多大？ U1 解析：电动机不转时可视为纯电阻，由欧姆定律得，R＝ ＝5 I1 Ω，这个电阻可认为是不变的．电动机正常转动时，输入的电功率 为P电＝U2I2＝36 W，内部消耗的热功率P热＝I2 2R＝5 W，所以机械功 率P＝31 W. 答案：31W
焦耳定律教材中两个公式推导的修正
“焦耳定律”教材中两个公式推导的修正浙江省玉环县教育局教研室郑青岳在人教版高中物理选修3-1第二章第5节“焦耳定律”教材中，有关于电功公式和焦耳定律表达式的推导，由于这两个推导过程存在着一些缺陷，学生理解起来较为困难。
本文对这两个推导过程进行简单的剖析，并提出两个公式推导教学的修正意见。
1．关于电功公式W=IUt的推导关于电功公式的推导，教材这样写道：所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。
自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移动，结果电荷的电势能减小，其他形式的能增加。
图1（原书图2.5-1）表示很小一段电路。
电荷在做从左向右的定向移动，它们从这段电路的左端移到右端所用的时图1间记为t。
根据第一节的分析，在这段时间内通过学习这段电路的电荷总量为q=It如果这段电路左右两端的电势差是U，在电荷q从左端移到右端的过程中，静电力做的功是W=qU。
把q=It代入，得W=IUt对上述推导过程，学生学习时会产生许多疑惑，如（1）为什么推导电功公式时，所取的是“很小一段电路”？（2）针对“很小一段电路”推出的结果能适用实际（并非很小）的电路吗？（3）在以前的学习中，我们知道公式q=It中的q是指时间t内通过“某一横截面”的电荷量，为什么这里却是指通过“这段电路”的电荷量？（4）公式q=It中的时间t（即在某个横截面观察的时间）为什么刚好取作电荷从左端移到右端所需要的时间呢？（5）在时间t内，该段电路的电场力不但对进入其内的电荷做功，而且也对原来在其内所有自由电荷都做功。
对所有这些电荷所做的总功为什么刚才等于W=qU呢？以上这些疑惑，作为教师想弄个清楚也比较困难。
教师即使弄明白了，也很难对学生进行解析。
其实，作为推导电功的公式，完全没有取“很小一段电路”的要求。
作为教学，应当以最为清晰的思路和用最通俗易懂的语言，引导学生进行有逻辑严谨的推导。
鉴于此，我们对焦耳定律的推导方法作了如下的修正：图1表示一段电路。
高中物理人教版选修3-1 第二章 第五节 焦耳定律
这些用电器有什么共同点？ 电能全部转化为内能
电流通过导体产生的热量，即电热应该如何计算？
焦耳定律
知道并理解电流热效应 理解并掌握焦耳定律 理解并掌握热功率
焦耳定律
在纯电阻电路中（白炽灯、电炉等） 电能全部转化为热能，电功等于电热
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 最初是焦耳用实验直接得到的
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
蓄电池充电时，电能转化为化学能
功是能量转化的量度，电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程 电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量 那么，电流做功如何计算？
电功率
理解额定功率和实际功率 会计算电路中的总功率 理解并掌握电功和电功率
阻
，求电炉A上的电压和它消耗的功率。
电功的实质
电流做功的实质 导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功
自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移 动，结果电荷的电势能减小，其他形式的能增加
电功的实质
如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，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，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?
单位： 焦，符号：J 常用单位有千瓦时（kW·h)
物理意义：反映了“多少电能转化为其他形式的能”
电功的反思
电路中如有白炽灯、电炉、电动机等元件，电功与这些元件的种类有关吗？ 电功W（消耗了多少电能）只与元件两端的电压U，通过的电流I和通电时间 t有关，与元件的种类无关。
不同的用电器电流做功的快慢不同
高中物理第二章恒定电流2.5焦耳定律课件新人教版选修31
1.电流(diànliú)做功的实质是什么?实现了什么能量的转化?
答案:实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。电流
(diànliú)做功把电能转化为其他形式的能。
2.什么是电功率?
答案:单位时间内电流(diànliú)所做的功叫作电功率。
3.怎样计算电功率?电功和电功率的单位是什么?
5
焦耳定律(jiāo ěr dìnɡ lǜ)
第一页，共21页。
学 习 目 标
1.理解电功、电功率的概
念,并能利用公式进行有
关计算
2.弄清电功与电热、电功
率与热功率的区别和联
系
3.知道纯电阻电路和非
纯电阻电路的特点和区
别
思 维 导 图
第二页，共21页。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
一、电功和电功率
阅读教材第53页“电功和电功率”部分,知道电功和电功率的计
关。
答案:×
第五页，共21页。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
(3)电流(diànliú)做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。
(
)
解析:功是能量转化的量度,电流(diànliú)做多少功就有多少电能转化为
其他形式的能量。
答案:√
(4)电功率越大,表示电流(diànliú)做功越多。 (
)
解析:电功率表示电流(diànliú)做功的快慢,电功率大,表示电流(diànliú)做
(4)串联电路各个电阻消耗的电功率与它们的电阻成正比;并联电
路各个电阻消耗的电功率与它们的电阻成反比。
(5)无论是串联还是并联电路上消耗的总功率等于各个电阻上消耗的总功率
之和。
教材分析_高中物理_焦耳定律
焦耳定律是高二物理人教版选修3-1第二章第五节的内容，是电学中重要的物理定律，它是能量守恒定律在电能和热能转换中的体现，本节在电学中的地位举足轻重。
在初中电学中，学生已经接触了影响电热的因素，这为过渡到本节起到了铺垫作用，本节内容是从电功、电功率，热功、热功率和焦耳定律出发，从电场力做功和能量转化这个更高的视角来理解焦耳定律，本节知识紧密联系生活实际，如利用电流热效应制造家用电器，如电烙铁，电烤箱等。
短路时，电源释放的能量全部在内电路中转化成为内能，可能造成电源损坏甚至引起火灾，所以，这不仅是物理知识的传授，更是体现了“物理来源于生活，应用于生活”的本质。
高中物理课件-人教版选修3-焦耳定律(共17张PPT)
两种电路 比较内容
纯电阻电路
非纯电阻电路
除电阻外还包括能把
元件特点 电路中只有电阻元件 电能转化为其他形式
能的用电器
欧姆定律
服从欧姆定律 I＝UR
不服从欧姆定律：
U>IR
或
U I<R
电流做功全部转化为电 电流做功除转化为内
能量转化 热即电能全部转化为导 能外还要转化为其他
体的内能
形式的能
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
1、5A 2、550W 3、15W 4、535W 5、54000J
M R
V
U
小
结 电功和电功率、电热和热功率
1.电功: W=IUt
2.电功率:
P
W t
=IU
3.电热: Q=I2Rt
4.热功率:
P=
Q t
=I2R
对纯电阻电路: 电功=电热
电功率=热功率 对非纯电阻电路:
电功>电热 电功率>热功率
p U 2 (纯电阻) R
3、热功率 (1)定义:单位时间内的发热量.
(2)公式: P=Q /t=I2R
纯电阻电路
纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙 铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住 的电动机也是纯电阻器件． 电能全部转化为热能,电功等于电热
W UIt U 2 t I 2Rt Q R
满足欧姆定律
非纯电阻电路
纯电阻电路与非纯电阻电路
电功 电热 电功率 热功率
纯电阻电路 W＝IUt＝I2Rt＝UR2t Q＝IUt＝I2Rt＝UR2t
P＝IU＝I2R＝UR2 P＝IU＝I2R＝UR2
非纯电阻电路 W＝IUt Q＝I2Rt P＝IU P＝I2R