2022年高中物理 電功和電功率 焦耳定律2教案 新人教版必修2 【教學(xué)結(jié)構(gòu)】 一、電功電功、電功率、電熱是本章書的重要概念，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，教學(xué)過程中必須給以足夠的重視。1.復(fù)習(xí)電場力做功：W=Uq，U為電場中兩點間電勢差，在電路中即為導(dǎo)體兩端電壓，q為電量，電路中為流過導(dǎo)體截面電量。2.電功：電流做的功簡稱電功。導(dǎo)體兩端加上電壓，導(dǎo)體內(nèi)建立電場，在電場力作用下自由電子定向移動，形成電流，電場力做功，又說成電流做功。W=UIt，電流在一段電路上所做的功，跟這段電路兩端電壓、電路中的電流強度和通電時間成正比。3.電流做功，把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能(1)電流通過純電阻（電燈，電爐子等）電路做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(2)電流通過電解液做功，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。(3)電流通過電動機做功，把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分轉(zhuǎn)化為機械能。二、電功率1.定義：電流所做的功跟完成這些功所用時間的比值叫電功率，用p表示電功率則 ，p的單位：瓦特W，U：伏特V I：安培A。2.物理意義：電功率表示電流做功的快慢，亦為單位時間電流做的功。燈越亮電功率越大。3.額定電壓：用電器安全正常工作的最大電壓。日常照明燈泡額定電均為220V，機床上用的燈泡額定電壓為36V。額定功率：用電器安全正常工作的最大功率。照明燈泡上標(biāo)有220V 60W，60W即為額定電功率。額定電功率是根據(jù)用電器自身結(jié)構(gòu)而決定的。4.注意區(qū)別額定功率和實際功率。實驗：把“220V 30W”和“220V 100W”的燈泡并聯(lián)在220V電路上和串聯(lián)后接入220V電路上，觀察燈泡發(fā)光情況，并接在220V電路上時，兩個燈的電壓都是額定電壓，電功率均為額定功率，100W的燈比30W的燈亮很多，串聯(lián)后接在220V電路上，觀察到的現(xiàn)象是兩個燈都不如并聯(lián)時亮，且30W燈比100W燈亮，由此可知：兩個燈的電功率都不是額定功率，都小于額定功率，應(yīng)稱為實際消耗功率，額定功率大的燈實際消耗功率不一定大，應(yīng)由燈兩端實際電壓和流過燈的實際電流決定。三、焦耳定律1.定義：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流強度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時間成正比 即：Q=I2Rt 單位：Q：焦耳J I：安培A R：歐姆 t秒s2.純電阻電路 電路中只含有純電阻元件，電動W=UIt=Q U=IRQ=I2Rt=，注意：此關(guān)系只適用純電阻電路。 電流通過純電阻電路做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而產(chǎn)生熱量，電功又稱為電熱。3.含有電動機的電路，不是純電阻電路。電功W=UIt 電流通過電動機做功，把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，絕大部分轉(zhuǎn)化為機械能。 電動機線圈有電阻R，電流通過而產(chǎn)生熱，Q=I2Rt不等于UIt，而只是UIt的一部分。原因是對于非純電阻UIR且U>IR。 轉(zhuǎn)化為機械能部分：UItI2Rt=轉(zhuǎn)化的機械能 即電動機輸出的機械能。實際需要更多的是：發(fā)熱功率：I2R 轉(zhuǎn)化為機械能功率UII2R，目前是我們計算電動輸出機械功率的唯一方法。4.含有電解液的電路：電流做功把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電流做功可把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、機械能、化學(xué)能等，只有把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電功叫電熱，轉(zhuǎn)化其它形式能均不能稱為電熱。 【課余思考】1.寫出在純電阻電路中計算電功、電功率的公式。寫出發(fā)熱功率公式。2.焦耳定律計算的Q，就是電功對嗎？為什么？3.電動機輸出的機械功、機械功率如何計算？ 【解題點要】例一.一條電阻絲加上電壓U后，經(jīng)t s后放出熱量為Q，若得電阻絲截成等長的三段并且關(guān)聯(lián)在一起，再加上電壓U，需經(jīng)多長時間放出熱量仍為Q？解：電阻絲是純電阻，計算熱量三個公式都適用，結(jié)合題目給定的條件，電壓不變，使用，Q=，計算方便。設(shè)電阻絲電阻為R，Q=，截成等三段，每段電阻為R，并聯(lián)后電阻為，則Q=。例二.用6600V和用220V兩種電壓輸電，若輸送功率相同，輸電線的長短，粗細(xì)和電阻率都相同，用低壓輸電與用高壓輸電，在輸電線上損失的功率之比是（ ）A 1：900 B 900：1 C 1：30 D 30：1解：輸電線是純電阻，在輸電線上損失的功率是發(fā)熱功率，P損=I2R輸送電流強度由輸送功率和輸送電壓決定，設(shè)輸送功率為P，高壓輸電時電流為 I高=P6600，低壓輸電時電流為I低=P220，由于輸送電線長短，粗細(xì)和電阻率都相同，它們輸電阻相同，都為R，則 應(yīng)選B解答本題時必須注意輸送電流I，輸送電壓U應(yīng)是輸電線上電壓與用電器上電壓之和，故此輸送電流的正確計算成為解答此種類型題的關(guān)鍵之一。例三.A、B、C三個電阻的UI圖象如圖1所示，若三個電阻加相同電壓，則 的功率最大，若三個電阻通過相同的電流強度，則 的功率最大。解：第一空的解答：對于純電阻，可在電壓一定的情況下，電功率跟電阻成反比，電阻最小的電功率最大，而電阻的確定要依據(jù)圖象決定，斜率最小的圖象所表示的電阻越小，所以RA>RB>RC，電阻C的電功率最大。第二個空的解答：P=I2R，三個電阻通過電流相等，電功率與電阻成正比，電阻大，功率大，電阻A的電功率最大。例四.一臺直流電動機的額定電壓為U，額定功率是P，電動機內(nèi)電樞導(dǎo)線的電阻為R，那么它正常工作時的電流強度是（ ）A、等于UR B、等于PU C、大于UR D、大于PU解：含電動機電路不是純電阻電路，U>IR，所以A，C選項不正確，電動機的額定功率P是電動機的輸出的機械功率，而電路給電動機的輸入功率P=IU，所以I=，選項B不正確。因為PP熱=P，且I=，所以選項D是正確的。在含電動機的電路中，電路給電動機輸入功率P，電動機輸出機械功率P，電動機的發(fā)熱功率P熱是三個關(guān)鍵，概念，必須搞清楚，P=IU，P熱=I2R，它們之間的關(guān)系是P=PI2R。例五.一臺電阻為2的電動機，接在110V電路中工作時，通過電動機的電流強度為10A，求這臺電動機消耗的電功率，發(fā)熱功率，轉(zhuǎn)化成機械功率，電動機的效率。解：電動機消耗電功率即電路輸入給電動機的功率 P=IU=10×110=1100W。 發(fā)熱功率：P熱=I2R=102×2=200W 轉(zhuǎn)化成機械功率：P=PP熱=1100200=900W 機械效率：= 【同步練習(xí)】1.一臺電動機輸出功率是10KW，這表明這臺電動機正常工作時（ ）A.每秒鐘消耗電能10KWB.每秒鐘對外做功10KWC.每秒鐘對外做功10JD.每秒鐘對外做功1000J2.額定電壓為U，額定功率為P的電燈，接在電壓為U（U<U，不計溫度對電阻的影響）的電路中，則該電燈的實際功率P應(yīng)為（ ）A.UPU B.UPU C.(UU)2P D.(UU)2P3.風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時掃過的面積為S，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速為，如果該發(fā)電機把通過風(fēng)輪的風(fēng)的部分動能轉(zhuǎn)化為電能，設(shè)風(fēng)能的利用率為，空氣的密度為p，則風(fēng)力發(fā)電機的功率為（ ）A.pS 32 B.pS22 C.pS32 D.pS244.一只“220V 100W”電燈，220V、100W分別表示電壓和電功率的 值，它的電阻為 ，正常工作時的電流強度為 A，若電阻不變接入110V的電路中，則實際電流為 A，實際功率為 W，一般只要該燈泡未損壞，它的額定電壓，電流，功率是 （填會或不會）改變。5.如圖2所示為用直流電動機提升重物的裝置，重物m=50kg，電源電壓為U=110V不變，不計各種摩擦，當(dāng)電動機以=0.9ms的恒定速度向上提升重物時，電路中的電流強度I=5A，試求電動機電樞線圈電阻R。 【參考答案】 1.D 2.C 3.A 4.額定 484 0.45 0.227 25 不會 5.4.4