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1、 第3節(jié)焦耳定律 1.自由電荷在電場力作用下定向移動而形成電流，電場力對電荷做的功，叫電功，W＝qU＝UIt。 2．單位時間內電流所做的功就是電功率，P＝＝UI。 3．電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比，公式為Q＝I2Rt。 4．純電阻電路中電功和電熱相等，非純電阻電路中電功大于電熱。 電　能 1.電功 (1)定義：當接通電路時，電路中就建立了電場，自由電荷在電場力的作用下定向運動而形成電流，這時電場力對自由電荷做了功，就是我們常說的電功。 (2)公式：W＝qU＝UIt。 (3)單位：在國際單位制中是

2、焦耳，符號：J，常用單位還有千瓦時(kW·h)，俗稱“度”，1 kW·h＝3.6×106_J。 (4)物理意義：指電能和其他形式能的轉化過程。 2．電功率 (1)定義：單位時間內電流所做的功。 (2)公式：P＝＝UI。 (3)單位：瓦特，符號：W。 (4)物理意義：描述電流做功的快慢。 1．用電器兩端電壓為220 V，這意味著(　　) A．1 A電流通過用電器時，消耗的電能為220 J B．1 C正電荷通過用電器時，產生220 J的熱量 C．1 A電流通過用電器時，電流的發(fā)熱功率為220 W D．1 C正電荷從高電勢端移到低電勢端時，電場力做功220 J 解析：由W

3、＝UIt知，因時間未知，通過1 A電流消耗的電能無法確定，故A錯。若是純電阻，發(fā)熱功率為220 W，但若不是純電阻，發(fā)熱功率則小于220 W，C選項錯。移動1 C正電荷電場力做功W＝Uq＝220 J，D選項正確。只有在純電阻電路中，電能才全部轉化為內能，B選項錯。 答案：D 焦耳定律　身邊的電熱 1．焦耳定律 (1)內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。 (2)公式：Q＝I2Rt。 (3)單位：焦耳，簡稱焦，符號 J。 (4)微觀解釋：導體中的電子在電場力作用下做定向運動時，會與金屬離子不斷碰撞，碰撞時把一部分動能傳遞給離

4、子，使離子熱運動加劇，導致導體發(fā)熱。 2．身邊的電熱 (1)電熱水器、電飯鍋等家用電器是利用了電流的熱效應，其電阻絲都是由電阻率較大的材料制成的。 (2)電焊是在焊接的金屬接觸面上通過電流，利用接觸電阻產生的熱量得到適合焊接的高溫，從而對接觸面進行焊接的一種方法。 (3)插頭和插座之間、電線連接處如果接觸不良，都會產生大電阻，容易發(fā)熱，甚至迸出火花。 (4)電視機和顯示器的后蓋有很多孔，計算機的CPU要安裝散熱片及風扇，都是為了散熱。 1．對焦耳定律的理解 (1)電流流過導體時消耗的電能中轉化為內能的部分叫電熱。 (2)在一段電路中只有純電阻元件時，Q＝W＝UIt，由U＝I

5、R可得Q＝I2Rt＝。 (3)焦耳定律是電流熱效應的實驗規(guī)律，凡是計算電熱都可以用焦耳定律。 2．純電阻電路與非純電阻電路的具體區(qū)別 純電阻電路與非純電阻電路是物理學中的兩種常見電路，列表區(qū)分如下： 純電阻電路 非純電阻電路 元件特點 電路中只有電阻元件用來發(fā)熱或者只能發(fā)熱 除電阻外還有能把電能轉化為其他形式能量的用電器 電流、電 壓、電阻 的定量 關系 滿足歐姆定律I＝ 不滿足歐姆定律，但是遵循能量守恒定律即UIt＝I2Rt＋W，所以U＞IR或I＜U/R 能量轉 化形式 電流做功將全部轉化為內能，即W＝Q＝I2Rt＝t 電流做功除了部分轉化為內能外

6、，還有部分轉化為其他形式的能量，即W＝UIt，Q＝I2Rt 能量轉 化流程 基本計算公式 W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt＝qU W＝Q＋W其他 計算電熱 的公式 上述公式均可用 只能用Q＝I2Rt來計算電熱 元件舉例 電阻、電燈、電熱毯、電爐絲等 電動機、電鈴、電解槽、蓄電池等 2．有一只電風扇，標有“220 V　50 W”字樣，電動機線圈的電阻為0.4 Ω，把它接入220 V的電路中，以下幾種計算時間t內產生熱量的方法中，正確的是(　　) A．Q＝U2·t/R　　　　　　　 B．Q＝Pt C．Q＝(P/U)2·Rt D．以上三種方法均正確 解

7、析：由于電風扇是非純電阻電路，故A、B錯；由P＝UI得I＝，再由Q＝I2Rt知C正確。故選C。 答案：C 純電阻電路電功、電熱的計算 [例1]　已知某電爐的規(guī)格為“220 V 　1 000 W”。 (1)求它在正常工作時的電阻； (2)若電壓只有200 V，求其實際功率。 [思路點撥]　(1)根據用電器的規(guī)格標示可以知道其額定電壓和額定功率，從而可求出電阻； (2)若利用P＝可求出實際功率。 [解析]　(1)由于電爐是純電阻用電器，故 P＝UI＝，則R＝＝ Ω＝48.4 Ω (2)若電壓U′＝200 V時，則實際功率 P′＝＝ W≈826.4 W

8、[答案]　(1)48.4 Ω　(2)826.4 W 借題發(fā)揮 (1)純電阻用電器，電壓、電流、電阻三者關系滿足歐姆定律，電功率與電熱功率相等。 (2)燈泡、電爐等常用的純電阻用電器，嚴格地說，常溫下的電阻與正常工作時的電阻不同，不同工作溫度下的電阻也不同；但若沒有特別說明，則不考慮溫度對電阻率的影響，即電阻為定值。 1．一根電阻絲，通過2 C電荷量所消耗的電能是8 J。若在相同的時間內通過4 C的電荷量，該電阻絲上所加電壓和消耗的電能分別是(　　) A．4 V,16 J　　　　　　　 B．8 V,16 J C．4 V,32 J D．8 V,32 J 解析：設電阻絲電阻為

9、R，開始所加電壓為U1，則 W1＝q1U1，即8＝2U1，故U1＝4 V。 設后來所加電壓為U2。產生的熱量為W2，則 I2＝＝　　?、? 又I1＝＝?、? 由①②得U2＝U1＝×4 V＝8 V W2＝q2U2＝4×8 J＝32 J 答案：D 非純電阻電路電功、電熱的計算 [例2]　(2012·福州高二檢測)某電動機線圈電阻為1 Ω，接在220 V的直流電壓下，工作電流為1 A，則電動機消耗的電功率為________，發(fā)熱損耗的電功率為________，轉化為機械能的功率為________。 [思路點撥]　電動機是將電能轉化為機械能的機器，其中只有部分能量消耗在線圈發(fā)熱上，

10、是一個非純電阻電路，此時計算電功率的三個公式P＝UI、P＝I2R、P＝不能等效互換。 [解析]　(1)公式P＝UI可計算電動機消耗的總功率，因此電動機消耗的總電功率：P總＝UI＝220 W。 (2)P＝I2R只能計算發(fā)熱損耗的電功率，發(fā)熱損耗的電功率：P熱＝I2R＝1 W。 (3)轉化為機械能的功率可用電動機消耗的總功率減去發(fā)熱損耗的電功率，所以轉化為機械能的功率為P機＝P總－P熱＝219 W。 [答案]　220 W　1 W　219 W 借題發(fā)揮 非純電阻電路中歐姆定律I＝不成立，功率公式P＝不成立，原因是電壓U加在電動機兩端，不是電阻R兩端的電壓。 2．一臺電動機額定電壓

11、為220 V，額定電流為4 A，讓這臺電動機正常工作，則下列說法正確的是(　　) A．電動機對外做功的功率為880 W B．電動機內發(fā)熱功率為880 W C．電動機的內電阻為55 Ω D．電動機的額定功率為880 W 解析：電動機額定功率P＝UI＝880 W，電動機不是純電阻元件，額定功率等于發(fā)熱功率與對外做功功率之和，故D對，A、B錯。而電動機的內電阻不能用額定電壓與額定電流的比值計算，C錯。 答案：D 含電機電路的綜合問題 [例3]　如圖3－3－1所示，為電動機提升重物的裝置，電動機線圈電阻r＝1 Ω，電動機兩端電壓為5 V，電路中的電流為1 A，求： (1

12、)電動機線圈電阻上消耗的熱功率是多少？ 圖3－3－1 (2)電動機輸入功率和輸出功率各是多少？ (3)這臺電動機的機械效率是多少？ [審題指導]　解答此題需注意以下四點： (1)利用公式P內＝I2r求解電動機消耗的熱功率。 (2)利用公式P入＝UI求解電動機的輸入功率。 (3)利用公式P出＝P入－P內求解電動機的輸出功率。 (4)機械效率η＝×100%。 [解析]　(1)電動機線圈上消耗的熱功率 P熱＝I2r＝12×1 W＝1 W (2)電動機輸入功率P入＝UI＝5×1 W＝5 W 電動機輸出功率P出＝P入－P熱＝5 W

13、－1 W＝4 W (3)電動機效率η＝×100%＝80%。 [答案]　(1)1 W　　(2)5 W　4 W　　(3)80% 借題發(fā)揮 電動機的功率和效率 (1)輸入功率：電動機的總功率。由電動機電路的電流和電壓決定，計算：P總＝UI。 (2)輸出功率：電動機做有用功的功率。 (3)熱功率：電動機線圈上有電阻，電流通過線圈時要發(fā)熱，熱功率P熱＝I2r。 (4)功率關系：P總＝P出＋P熱。 (5)電動機的效率：η＝。 　 3．上題中，若物體重為20 N，不計摩擦力，10 s時間可以勻速把物體提升多高？ 解析：法一：根據能量守恒定律，電動機輸出的能量全部轉化為物體的重力勢能

14、 P出t＝mgh 得h＝＝ m＝2 m。 法二：電動機通過繩子對外做功，則輸出功率等于繩子拉力功率，即 P出＝F v 又因物體勻速，故F－mg＝0 得v＝＝ m/s 故h＝vt＝2 m 答案：2 m [隨堂基礎鞏固] 1．關于四個公式：①P＝UI；②P＝I2R；③P＝；④P＝。下列敘述正確的是(　　) A．公式①④適用于任何電路的電功率 B．公式②③適用于任何電路的電熱功率 C．公式①②③適用于任何電路電功率 D．上述沒有一個正確 解析：P＝UI、P＝適用于任何電路電功率的計算，而P＝I2R適用于任何電路熱功率的計算，故A正確；P＝只適用于純電阻電路中電功率及

15、熱功率的計算，故B、C、D錯。 答案：A 2．關于電功率的下列說法中，正確的是(　　) A．用電器的額定功率與用電器的實際電壓和實際電流有關 B．用電器的實際功率取決于用電器的額定功率 C．白熾燈正常工作時，實際功率等于額定功率 D．電功率越小，則電流做功越少 解析：用電器的額定功率是它正常工作時的功率，其值是由用電器本身的結構決定的，與實際電流和電壓無關，故A錯C對；而用電器實際功率是多大，是由加在它兩端的電壓和通過的電流決定的，故B錯；電流做功的多少不僅與功率的大小有關，還與時間有關，故D錯。 答案：C 3．若不考慮燈絲電阻隨溫度變化的因素，把一只標有“220 V　100

16、 W”字樣的燈泡接入電壓為110 V的電路中，燈泡的實際功率是(　　) A．75 W B．50 W C．25 W D．10 W 解析：由P＝可知P∝U2，故當電壓從220 V變?yōu)?10 V時，燈泡的實際功率變?yōu)樵瓉淼?，C對。 答案：C 4．有一個直流電動機，把它接入0.2 V電壓的電路時，電動機不轉，測得流過電動機的電流是0.4 A，若把它接入2 V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是1 A。 (1)求電動機正常工作時的輸出功率。 (2)如在正常工作時轉子突然被卡住，此時電動機的發(fā)熱功率為多大？(提示：電動機在電路中轉子不轉動時為純電阻用電器) 解析：(1)電動機不

17、轉時，說明電動機無機械能輸出，它消耗的電能完全轉化為熱能，此時電動機可看做純電阻，則r＝U/I＝0.5 Ω。 當加電壓為2 V、電流為1 A時，電動機正常工作，有機械能輸出，此時電動機為非純電阻電路，消耗的電能等于轉化的機械能和熱能之和。 轉化的熱功率為P熱＝I2R＝0.5 W 總功率P總＝UI＝2 W， 則輸出功率P出＝P總－P熱＝1.5 W。 (2)若在電動機正常工作時被卡住，電動機無機械能輸出，看做純電阻電路，此時的電熱功率為： P熱′＝＝ W＝8 W。 答案：(1)1.5 W　(2)8 W [課時跟蹤訓練] (滿分50分　時間30分鐘) 一、選擇題(本題共7小題，

18、每小題5分，共35分) 1．關于電功，下列說法中正確的有(　　) A．電功的實質是電場力所做的功 B．電功是其他形式的能轉化為電能的量度 C．電場力做功使金屬導體內的自由電子運動的速率越來越大 D．電流通過電動機時的電功率和熱功率相等 解析：電場力移動電荷時對電荷所做的功叫電功，是電能轉化為其他形式能的量度，A對，B、C、D錯。 答案：A 2．如圖1所示，有一內電阻為4.4 Ω的電解槽和一盞標有“110 V, 60 W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則(　　) A．電解槽消耗的電功率為120 W

19、 圖1 B．電解槽的發(fā)熱功率為60 W C．電解槽消耗的電功率為60 W D．電路消耗的總功率為120 W 解析：燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110 V電壓，且干路電流I＝I燈＝ A，則電解槽消耗的功率P＝P燈＝60 W，C對A錯；電解槽的發(fā)熱功率P熱＝I2R＝1.3 W，B錯；整個電路消耗的功率P總＝220 V×＝120 W，D正確。 答案：CD 3．(2012·佛山高二檢測)下列說法正確的是(　　) A．家庭生活中，常說的“1度”電，指的是電功率的單位 B．功率是1 kW的空調正常工作1 h所消耗的電功是1度 C．1度等于1 000

20、 J D．1度等于 3.6×106 W 解析：“度”是電功的單位，1度＝1 kW·h＝1 000 W×3 600 s＝3.6×106 J，故A、C、D錯誤。功率為1 kW的空調正常工作1 h消耗的電功為W＝Pt＝1 kW·h＝1度，故B正確。 答案：B 4．下列關于電功、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，電路中產生的焦耳熱一定越多 B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝t只適用于純電阻的電路 C．在非純電阻電路中，UI＞I2R D．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路 解析：電功率公式P＝，功率越大，表示電流做功越快。對于一段電路，有

21、P＝UI，I＝，焦耳熱Q＝()2Rt，可見Q與P、U、t都有關。所以，P越大，Q不一定越大，A不對。W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路。而I＝只適用于純電阻電路，B對；在不是純電阻的電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W＞Q，即UI＞I2R，C正確。Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產生的焦耳熱，D正確，所以B、C、D對。 答案：BCD 5．有一只燈泡的燈絲斷了，通過轉動燈泡燈絲接通，再接入電源后，所發(fā)生的現(xiàn)象及其原因是(　　) A．燈絲電阻變小，通過它的電流變大，根據P＝I2R，電燈亮度不變 B．燈絲電阻變大，通過它的電流變小，根據P＝I2R，電燈變暗

22、C．燈絲電阻變小，它兩端的電壓不變，根據P＝，電燈變亮 D．燈絲電阻變大，它兩端的電壓不變，根據P＝，電燈變暗 解析：轉動燈泡燈絲重新搭接后，l變短，由R＝ρ，R減小，而燈泡兩端電壓不變，故C正確。 答案：C 6．有一臺標稱值為“220 V　50 W”的電風扇，其線圈電阻為0.4 Ω，在它正常工作時，下列求其每分鐘產生的電熱的四種解法中正確的是(　　) A．I＝＝ A，Q＝UIt＝3 000 J B．Q＝Pt＝3 000 J C．I＝＝ A，Q＝I2Rt＝1.24 J D．Q＝t＝×60 J＝7.26×106 J 解析：電風扇是一種在消耗電能過程中既產生機械能，又產生內能的用

23、電器，對這樣的用電器，應注意區(qū)分電功與電熱，對每分鐘產生熱量的計算只能根據Q＝I2Rt求解。 答案：C 7．改革開放以來，我國人民生活水平和生活質量有了較大的改善，電冰箱、空調機、電視機等家用電器得到了普遍使用。下面列出了不同品牌的電視機、電風扇、空調機和電冰箱銘牌上的主要項目，試判斷正常工作時，其中功率最大的是(　　) A．54 cm彩色電視接收機，工作電壓170～240 V，工作頻率50 Hz，額定功率85 W B．BC-65B電冰箱，額定電壓220 V，工作頻率50 Hz，額定功率70 W，耗電量0.50 kW·h/24h C．FS-69電風扇，規(guī)格400 mm，額定電壓220

24、 V，工作頻率50 Hz，額定功率65 W D．KFR-33GW空調機，額定電壓220 V，工作頻率50 Hz，制冷/制熱電流6.2 A/6.2 A 解析：顯然正常工作時電視機的功率為85 W，電冰箱的功率為70 W，電風扇的功率為65 W，空調機的功率P＝UI＝1 364 W，因此，功率最大的是空調機，選項D正確。 答案：D 二、非選擇題(本題共2小題，共15分) 8．(7分)如圖2所示，兩個不同的工業(yè)用電烙鐵，其中甲的規(guī)格的“220 V,800 W”，乙的規(guī)格為“220 V，1 600 W”。當兩電烙鐵分別接通，其通過的電流分別為I1＝0.4 A、I2＝0.2 A時，分別工作t1

25、＝10 s、t2＝20 s后釋放的熱能為多少？ 圖2 解析：由P＝得：R＝ 故R甲＝Ω＝60.5 Ω R乙＝Ω＝30.25 Ω， 由焦耳定律Q＝I2Rt得： Q甲＝I12R甲t1＝(0.4)2×60.5×10 J＝96.8 J Q乙＝I22R乙t2＝(0.2)2×30.25×20 J＝24.2 J 答案：96.8 J　24.2 J 9．(8分)額定電壓為220 V的電動機的線圈電阻為0.8 Ω，正常工作時，電動機每秒放出的熱量為1 280 J，則電動機正常工作時的電流為多大？每秒有多少焦的電能轉化成機械能？ 解析：正常工作時，通過線圈的電流即為正常工作電流。 由焦耳定律Q＝I2Rt得I＝ 代入數據得：I＝40 A 由能量轉化和守恒得W＝Q＋W機 其中W＝UIt＝220×40×1 J＝8 800 J 得W機＝W－Q＝(8 800－1 280)J＝7 520 J 答案：40 A　7 520 J 12