高中物理第二章恒定电流第5节焦耳定律学案新人教选修.docx

5焦耳定律答案：（1）恒定电场（2）静电力（3）UIt（4）焦耳（5）千瓦时（6）单位时间（7）IU（8）瓦（9）内能（10）电流（11）电阻（12）通电时间（13）I2Rt（14）单位时间（15）I2R（16）瓦1电功（1）定义：电路中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。用W表示。（2）实质：是能量守恒定律在电路中的体现。即电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，在转化过程中，能量守恒，即有多少电能减少，就有多少其他形式的能增加。（3）公式：WqUUIt，即电流在一段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。（4）单位：国际单位是焦耳，简称焦，符号是J。常用的单位是千瓦时，亦称为“度”。符号是“kWh”，1 kWh1 000 W3 600 s3.6106 J。谈重点电功WqUUIt，适用于任何电路。在纯电阻电路中，由于IU/R，所以WI2Rtt。【例1】一根电阻丝，通过2 C的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（）A4 V,16 J B8 V,16 J C4 V,32 J D8 V,32 J解析：利用WqU可求出电压U1，再由I可以求出U2，然后利用WqU求W2设电阻丝电阻为R，开始所加电压U1，则W1q1U1即82U1，故U14 V设后来所加电压为U2，产生的热量为W2，则I2又I1由得U2U14 V8 VW2q2U248 J32 J。答案：D2电功率（1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用P表示电功率。（2）定义式：PW/tIU。（3）单位：瓦（W）、千瓦（kW）。（4）意义：电功率是描述电流做功快慢的物理量。谈重点（1）电功率PW/tIU，适用于任何电路。（2）在纯电阻电路中，PI2RU2/R。（3）电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少。（5）串联、并联电阻的功率分配串联电路：，（由PI2R可得），电阻越大，功率越大。并联电路：，（由P可得），电阻越大，功率越小。（6）额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率叫额定功率。当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额U额I额，对于纯电阻用电器，P额IR。实际功率：用电器实际工作时所消耗的功率叫实际功率，实际功率不能长时间超过额定功率。破疑点（1）不能认为额定功率大的灯泡一定比额定功率小的灯泡亮，灯泡的明亮程度是由其实际消耗的功率决定的，与额定功率无关。（2）加给用电器的电压不应超过额定电压，否则就可能使用电器损坏，因此，在使用电器时，一定要先检查用电电压是否符合额定电压，保证用电安全。【例2】（广州高二检测）额定电压都是110 V，额定功率PA100 W，PB40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（）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PUI，可知RARB，对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110 V，B灯被烧毁，UA110 V不能正常发光，A错误。对于B电路，由于RBRA，A灯又并联变阻器，并联电阻更小于RB，所以UBU并，B灯烧毁。对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，两灯可以正常发光。对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110 V，两灯可以正常发光。比较C、D两个电路， 由于C电路中变阻器功率为（IAIB）110 V，而D电路中变阻器功率为（IAIB）110 V，所以C电路消耗电功率最小。答案：C3焦耳定律注意：电热是电能转化为内能的量度。只要电路中有电阻元件，电流通过电路时必产生电热，焦耳定律是一切电路中计算电热的普适公式。【例3】用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么（）A当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t sB当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t sC当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t sD当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s解析：由公式Qt，煮沸一壶水所需的热量为Qt J。当电压变为原来的时，所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t s，选项B正确。当电压变为原来的时，时间要变为原来的16倍，即16t s，选项D正确。答案：BD4热功率（1）定义：单位时间内的发热量叫热功率。（2）表达式：热功率即电能转化为内能的功率PI2R。（3）单位：瓦特，符号W。（4）实质：电能转化为内能的功率。【例4】如图所示，把四个电阻的IU关系图线（伏安特性曲线）按相同标度画在同一个直角坐标系上，现将这四个电阻并联使用，热损耗功率最大的是（）AR1 BR2CR3 DR4解析：四个电阻并联使用，电压相等，热损耗功率可由P进行比较。而从IU关系图线知，直线斜率的倒数才是电阻的大小，于是R1最小，R4最大。由P知，R1消耗的热功率P1最大，R4消耗的热功率P4最小。答案：A5纯电阻电路与非纯电阻电路的区别电功是电能转化为其他形式能的量度，电热是电能转化为内能的量度。【例5】规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：（1）接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；（2）如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。解析：（1）排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为IA0.16 A发热功率为P热I2R（0.16）240 W1 W转化为机械能的功率为P机PP热（361）W35 W。（2）扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I A5.5 A电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电P热UI2205.5 W1 210 W。答案：（1）35 W1 W（2）1 210 W1 210 W析规律排气扇中有电动机，解答有关电动机问题时注意：（1）当电动机不转时可以看成纯电阻电路，PUII2R均成立。（2）当电动机正常工作时，是非纯电阻电路P电UIP热I2R，UIR而有UIR。（3）输入功率指电动机消耗的总功率。热功率是线圈上的电阻的发热功率。输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率。三者的关系：UII2RP机。6电功和电热在生活中的应用电功和电热在生产、日常生活和科技中的应用非常广泛，例如电视、电脑、电动车、空调等都是利用了电流做功；像电热水器、电熨斗、电饭锅、电烘箱、工业生产中的电冶等则是利用了电流的热效应。解决这类问题的关键是理解题目提供的信息，并从中挖掘出解题所需的物理量。比如在北京奥运会上倡导的“科技奥运”，是奥运史上首次提出的将科技与奥运结合的新理念，其中混合动力电动环保汽车在各奥运场馆之间组成了“绿色车队”为2008年奥运会场馆服务。若某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量m3103 kg，当它在水平路面上以v36 km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I50 A，电压U300 V。在此行驶状态下，驱动电机的输入功率P电IU1.5103 W，若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车运动的机械功率P机，则P机0.9P电Fvfv，所以汽车所受阻力f0.9P电/v1.35103 N。【例6】电动自行车是目前较为时尚的代步工具，某厂生产的一种电动自行车，设计质量（包括人）为80 kg，动力电源选用能量存储为“36 V 10 Ah”（即输出电压为36 V，工作电流与工作时间的乘积为10安培小时）的蓄电池（不计内阻），电动机的输入功率有两挡，分别为P1120 W和P2180 W，考虑到传动摩擦以及电机发热等各种原因造成损耗，电动自行车行驶时的功率为输入功率的80%，如果电动自行车在平直公路上行驶时所受阻力与行驶速度和自行车对地面的压力都成正比，即Ffkmgv，其中k5.0103 sm1，g取10 m/s2。求：（1）该电动自行车分别选用两挡行驶时，行驶的最长时间分别为多少？（2）电动自行车在平直公路上能到达的最大速度。（3）估算选用“高功率挡”时电动自行车在平直公路上的最大行程。解析：（1）根据公式PIU可得两挡电流分别为I1A，I