高中物理沪科版2第四章热机与能量转化 2023版第3章第3节焦耳定律

第3节焦耳定律学习目标知识脉络1．理解电功、电功率的概念、计算公式．(重点)2．掌握焦耳定律并会用公式Q＝I2Rt计算电热．(重点)3．能识别纯电阻电路与非纯电阻电路，掌握电功率和热功率的区别和联系．(重点，难点)电能eq\o([先填空])电功和电功率电功电功率概念电场力对定向移动的自由电荷所做的功单位时间内电流所做的功公式W＝qU＝UItP＝eq\f(W,t)＝UI单位焦耳，符号J瓦特，简称瓦，符号W物理意义描述电能转化为其他形式的能的多少描述电流做功的快慢eq\o([再判断])1．电流做功的过程中，电能转化为其他形式的能．(√)2．电流通过用电器时，电流做的功越多，说明用电器的电功率越大．(×)3．电功率越大，电流做功一定越快．(√)eq\o([后思考])家庭用电用“度”做单位，度是电功的单位，还是电功率的单位？【提示】度是电功的单位.1度＝1kW·h＝×106J.eq\o([合作探讨])把一根大头针插在一小块硬纸片上，用浆糊把纸贴在台灯的灯泡上，使大头针的针尖朝上．然后用3张纸条做一小风车，把风车放在针尖上．打开台灯，过一会发现，风车转动起来：图3­3­1探讨1：这一过程，电流做功吗？【提示】做功．探讨2：风车为什么转动？【提示】电流通过灯丝做功，把电能转化为内能．周边空气温度升高，形成对流，风车转动起来．eq\o([核心点击])1．对电功的理解(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功．(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少．(3)电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用．2．对电功率的理解(1)电功率P＝eq\f(W,t)＝UI对任何电路都适用．(2)额定功率和实际功率①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率；②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率．1．一个电阻接入某电路后，消耗的功率为110W，通过3C的电荷量时，有330J的电能转化为内能，则下列说法错误的是()A．电阻两端所加电压为330VB．通过电阻的电流为1AC．电阻通电时间为3sD．这个电阻的阻值为110Ω【解析】由W＝qU知，电阻两端所加电压U＝eq\f(W,q)＝110V，A错；由P＝IU得I＝eq\f(P,U)＝1A，B对；由W＝Pt得通电时间t＝eq\f(W,P)＝3s或t＝eq\f(q,I)＝eq\f(3,1)s＝3s，C对；由R＝eq\f(U,I)，得R＝110Ω，D对．【答案】A2．一台国产XQB30­13型自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：额定电压220V额定频率50Hz额定洗衣、脱水功率360W额定洗衣、脱水容量3kg整机质量33kg外形尺寸(长×宽×高)(542×550×920)mm3(1)这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时，通过洗衣机的电流是多大？(2)如洗衣、脱水的累计时间为40min，则洗衣机耗电多少？【解析】(1)由说明书可知P＝360W，又由P＝UI可知I＝eq\f(P,U)＝eq\f(360,220)A＝1.64A.(2)W＝Pt＝360×40×60J＝×105J故消耗的电能为×105J.【答案】(1)1.64A(2)×105J几个电学公式的适用范围解答电流做功类的题目需掌握以下几个重要公式，并理清它们的意义及适用条件．(1)电功W＝UIt＝qU普遍适用；(2)I＝eq\f(q,t)为电流的定义式，普遍适用；(3)I＝eq\f(U,R)只适用于纯电阻电路．焦耳定律身边的电热eq\o([先填空])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，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.(3)热功率：电流通过用电器，单位时间内的发热量，公式为P＝I2R.2．身边的电热各种电器在使用中都会放出大量的电热，这就是电流的热效应．有的是利用这些电热，如电熨斗、电饭锅、电烘箱、电热水器等；有的电器并不是利用它的电热，这种电器要是散热不及时会造成危害，如电动机、电视机、变压器等．eq\o([再判断])1．根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的．(×)2．W＝UIt适用于任何电路求电功．(√)3．Q＝I2Rt适用于任何电路求热量．(√)eq\o([后思考])用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？【提示】导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的部分导线电阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多．eq\o([合作探讨])如图3­3­2所示，地面上有一个电风扇，图3­3­2探讨1：电风扇正常工作时，电流做功电能转化为什么能？此时是什么电路？【提示】转化为扇叶的动能和电风扇的内能，非纯电阻电路．探讨2：若电风扇出现故障，扇叶卡住，电流做功转化为什么能？此时是什么电路？两种情况下的电流相同吗？【提示】转化为电风扇的内能，纯电阻电路，不相同．eq\o([核心点击])1．两种电路的比较电路纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括其他的电器元件电流、电压、电阻三者的关系遵循欧姆定律I＝eq\f(U,R)不遵循欧姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U＞IR或I＜eq\f(U,R)能量转化形式电流做功全部转化为内能电流做功转化为内能和其他形式的能量能量转化示意图电器元件举例电炉丝、白炽灯电动机、电解槽、电风扇2.电功与电热(1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t；P电＝P热＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).(2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W>Q；电功率P＝UI，热功率P热＝I2R，P>P热．3．(多选)关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是()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，而电功计算式W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t适用于纯电阻电路C．非纯电阻电路中，UI＞I2RD．Q＝I2Rt适用于任何电路【解析】电功率越大，电流做功越快，但电路中产生的焦耳热不一定越多，故A不正确；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝eq\f(U,R)只适用于纯电阻电路，由此推导出的公式W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t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C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中焦耳热的计算，D正确．【答案】BCD4．规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：(1)接上220V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220V电压下正常工作电流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(36,220)A＝0.16A，发热功率P热＝I2R＝×40W＝1W，转化为机械能的功率P机＝P－P热＝(36－1)W＝35W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时通过排气扇的电流I′＝eq\f(U,R)＝eq\f(220,40)A＝5.5A；电动机消耗的功率等于发热功率P′＝P热＝I