第3講焦耳定律[目標(biāo)定位]1.知道并理解電功、電功率的概念，并能利用公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.2.弄清電功與電熱、電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系.3.知道純電阻電路和非純電阻電路的特點(diǎn)和區(qū)別．一、電能1．電功(1)自由電荷在電場力的作用下定向運(yùn)動(dòng)而形成電流，電場力對自由電荷做的功，稱為電功．(2)公式：如果電路兩端的電壓是U，電流為I，在時(shí)間t內(nèi)電流做的功W＝UIt2．電功率：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功就叫做電功率．用公式表示為：P＝eq\f(W,t)＝IU，單位：瓦特(W)．想一想電流做功越多，電功率越大嗎？答案不一定，電功率是指電流單位時(shí)間內(nèi)做的功，電流做功多，由于時(shí)間不確定，所以電功率不一定大．二、焦耳定律1．焦耳定律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比．這就是焦耳定律．用公式表示：Q＝I2Rt.2．在只含電阻的純電阻電路中：由U＝IR，可推得Q＝eq\f(U2,R)t.想一想電風(fēng)扇、電冰箱消耗的電能等于I2Rt嗎？電冰箱消耗的電能轉(zhuǎn)化成什么形式的能量了？答案不等于；電風(fēng)扇、電冰箱消耗電能沒有全部轉(zhuǎn)化為熱能，有大部分轉(zhuǎn)化為了機(jī)械能，小部分轉(zhuǎn)化為了電熱．三、身邊的電熱1．電流熱效應(yīng)的應(yīng)用如電熱水器、電飯鍋、電刻筆、電焊等都是利用電流的熱效應(yīng)工作的．2．電流熱效應(yīng)的危害如果插頭和插座之間接觸不良會(huì)迸出火花．在輸電線路中由于電熱，降低電能的傳輸效率，電流過大，散熱不好，還會(huì)燒壞電線的絕緣層，引起漏電、觸電．一、電功和電功率電熱和熱功率1．電功和電功率(1)電功：W＝IUt.電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少量．適用于任何電路．(2)電功率：P＝IU，反映了電流做功的快慢．適用于任何電路．2．電熱和熱功率(1)焦耳定律：電熱的計(jì)算公式為Q＝I2Rt(2)熱功率的計(jì)算公式為P熱＝I2R.例1有分別標(biāo)有“220V、100W”、“220V、60W”的兩個(gè)燈泡．(1)把它們并聯(lián)接到220V的電源上，實(shí)際功率各是多少？哪個(gè)燈泡更亮？(2)把它們串聯(lián)接到220V的電源上，實(shí)際功率各是多少？哪個(gè)燈泡更亮？答案(1)P1＝100W，P2＝60W,100W的燈泡更亮(2)P1≈14.1W，P2≈23.4W,60W的燈泡更亮解析由P＝eq\f(U2,R)得100W的燈泡電阻R1＝eq\f(U2,P1)＝eq\f(2202,100)Ω＝484Ω，60W的燈泡電阻R2＝eq\f(U2,P2)＝eq\f(2202,60)Ω≈807Ω.(1)當(dāng)并聯(lián)接入220V電源時(shí)，兩燈泡兩端電壓均為220V，則燈泡均正常發(fā)光，故P1＝100W，P2＝60W，100W的燈泡更亮．(2)當(dāng)串聯(lián)接入220V電源時(shí)，I＝eq\f(220,484＋807)A＝eq\f(220,1291)A.所以100W燈泡的實(shí)際功率P1＝I2R1≈14.1W60W燈泡的實(shí)際功率P2＝I2R2≈23.4W，則60W的燈泡更亮．針對訓(xùn)練一白熾燈泡的額定功率與額定電壓分別為36W與36V．若把此燈泡接到輸出電壓為18V的電源兩端，則燈泡消耗的電功率()A．等于36W B．小于36W，大于9WC．等于9W D．小于9W答案B解析白熾燈在正常工作時(shí)的電阻為R，由P＝eq\f(U2,R)變形得R＝36Ω，當(dāng)接入18V電壓時(shí)，假設(shè)燈泡的電阻也為36Ω，則它消耗的功率為P′＝eq\f(U2,R)＝eq\f(182,36)W＝9W，但是當(dāng)燈泡兩端接入18V電壓時(shí)，它的發(fā)熱功率小，燈絲的溫度較正常工作時(shí)的溫度低，其電阻率小，所以其電阻要小于36Ω，其實(shí)際功率要大于9W，故選項(xiàng)B正確．二、純電阻電路和非純電阻電路純電阻電路非純電阻電路能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系W＝Q即IUt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tW＝Q＋E其他＝UIt＝I2Rt＋E其他＝eq\f(U2,R)t＋E其他電功率和熱功率的關(guān)系P＝P熱，即IU＝I2R＝eq\f(U2,R)P＝P熱＋其他即IUt＝I2R＋P其他歐姆定律是否成立U＝IRI＝eq\f(U,R)成立U＞IRI＜eq\f(U,R)不成立例2下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是()A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，UI>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路答案BCD解析電功率公式P＝eq\f(W,t)，表示電功率越大，電流做功越快．對于一段電路，有P＝IU，I＝eq\f(P,U)，焦耳熱Q＝(eq\f(P,U))2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)，所以P越大，Q不一定越大，A錯(cuò)．W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路，而I＝eq\f(U,R)只適用于純電阻電路，B對．在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C對．Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D對．例3一臺電風(fēng)扇，內(nèi)阻為20Ω，接上220V的電壓后正常工作，消耗的功率為66W．求：(1)電風(fēng)扇正常工作時(shí)通過風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的電流；(2)電風(fēng)扇工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率及電機(jī)的效率；(3)若接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)通過電動(dòng)機(jī)的電流多大？電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和發(fā)熱功率各是多大？答案(1)0.3A(2)1.8W64.2W97.3%(3)11A2420W2420W解析(1)由P＝UI可得，電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(66W,220V)＝0.3A；(2)線圈電阻發(fā)熱功率PQ＝I2r＝1.8W；機(jī)械功率P機(jī)＝P－PQ＝64.2W；效率為機(jī)械功率與總功率之比為η＝eq\f(P機(jī),P)＝97.3%.(3)當(dāng)葉片不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作純電阻，I＝eq\f(U,r)＝11A;P＝UI＝I2r＝2420W.借題發(fā)揮(1)在純電阻電路中，由于電功與電熱相等，因此公式UIt、I2Rt、eq\f(U2,R)t既可計(jì)算電功，也可計(jì)算電熱．(2)在非純電阻電路中，只能用UIt計(jì)算電功，用I2Rt計(jì)算電熱，eq\f(U2,R)t無意義．(3)通過電功(或電熱)計(jì)算電流或電壓電功電功率電熱熱功率1．一臺電動(dòng)機(jī)，額定電壓為100V，電阻為1Ω.正常工作時(shí)，通過的電流為5A，則電動(dòng)機(jī)因發(fā)熱損失的功率為()A．500W B．25W C．1000W D．475W答案B解析電動(dòng)機(jī)的熱功率P＝I2r＝52×1W＝25W，B正確，A、C、D錯(cuò)誤．2．通過電阻R的電流為I時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為eq\f(I,2)，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A．4Q B．2Q C.eq\f(Q,2) D.eq\f(Q,4)答案C解析根據(jù)Q＝I2Rt得，電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，時(shí)間不變，則熱量變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，C正確．3．一臺國產(chǎn)封閉型貯水式電熱水器的銘牌上所列的主要技術(shù)參數(shù)如表所示．根據(jù)表中所提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算出此電熱水器在額定電壓下處于加熱狀態(tài)時(shí)，10s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()額定容量54最高水溫75額定功率1500W額定壓力0.7MPa額定電壓220V電器類別Ⅰ類A．1.5×104J B．1.5×103JC．2.2×104J D．2.2×103J答案A解析電熱水器為純電阻電路，由Q＝W＝Pt得Q＝1.5×104J.非純電阻電路的特點(diǎn)及有關(guān)計(jì)算4．如圖1所示是一直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖．電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r＝0.8Ω，電路中另一電阻R＝10Ω，直流電壓U＝160V，電壓表示數(shù)UV＝110V．試求：圖1(1)通過電動(dòng)機(jī)的電流；(2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率；(3)電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率．答案(1)5A(2)550W(3)530W解析(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓UR＝