专题2.5 焦耳定律-学易试题君之同步课堂帮帮帮2019-2020学年高二物理人教版（选修3-1）

第二章 恒定电流 第5节 焦耳定律 一、电功和电功率 1．能量转化 电炉通电时， 能转化为 能；电动机通电时， 能转化为 能；蓄电池充电时， 能转化为 能；电能转化成其他形式能的过程就是 的过程，电流做功的多少 电能转化为其他形式能的数量。 2．电功 （1）实质：导体中的 对自由电荷的静电力在做功。把 转化为 的能。 （2）电流在一段电路中所做的功等于这段电路 、 、 三者的乘积。 计算式W= 。 3．电功率 （1）物理意义：表示电流做功 的物理量。 （2）定义： 电流所做的功。 （3）公式及单位： ，其单位为瓦特，符号为 。 二、焦耳定律 1．焦耳定律：电流通过导体产生的热量（内能）跟电流的 成正比，跟导体的 成反比，这一规律叫焦耳定律。 公式表示为Q= 。 2．热功率：单位时间内的发热量通常称为 ，表达式为P= 。 3．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为 。 4．非纯电阻电路：像含有 或 等非纯电阻用电器的电路被称为非纯电阻电路，在非纯电阻电路中，电流做的功除了将电能转化为内能外，还转化为 或 等其他形式的能量。 电 内 电 机械 电 化学 电流做功 等于 恒定电场 电能 其他形式 两端的电压U 电路中的电流I 通电时间t UIt 快慢 单位时间内 W 二次方 电阻及通电时间 I2Rt 热功率 I2R 内能 电动机 电解槽 机械能 化学能 电功和电热的区别与联系 1．区别 电功是指输入某段电路的全部电能或这段电路上消耗的全部电能：W=UIt。 电热是指在这段电路上因发热而消耗的电能：Q=I2Rt。 2．联系 从能量转化的角度分析，电功与电热的数量关系为：W≥Q，即UIt≥I2Rt。 （1）在纯电阻电路中，电流做功，电能全部转化为电热，即电功等于电热，W=Q。因此公式UIt、I2Rt、 ，既可计算电功，也可计算电热。 （2）在非纯电阻电路中，电流做功除了一部分电能转化为电热外，还有一部分转化为机械能或其他形式的能，此时有W＞Q，即UIt＞I2Rt。因此，在非纯电阻电路中，只能用UIt计算电功，用I2Rt计算电热， 无意义。 【例题1】 微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 Ω，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作。求： （1）它的额定输入功率多大？ （2）工作时由导线发热损失的功率多大？ （3）它的最大输出功率多大？ 参考答案：（1）1.6 W （2）0.64 W （3）0.96 W 试题解析：（1）额定输入功率P额=UI=2.0×0.8 W=1.6 W （2）电动机热功率P热=I2R=0.82×1 W=0.64 W （3）根据能量的转化与守恒，电动机的最大输出功率P出=P额–P热=0.96 W 归纳总结： 在非纯电阻电路中，要注意区别电功和电热，注意应用能量守恒定律。①电热Q=I2Rt。②电动机消耗的电能W=UIt。③由能量守恒得W=Q+E，E为其他形式的能，这里是机械能。④对电动机来说，输入功率P入=UI；发热的功率P热=I2R；输出的功率，即机械功率P机= P入–P热=UI–I2R。 【例题2】 （2018·甘肃省临夏中学高二期末）如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻为r=1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N，不计摩擦力，求： （1）电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？ （2）电动机的输入功率和输出功率各是多少？ （3）10 s内，可以把重物A匀速提升多高？ （4）这台电动机的机械效率是多少？ 参考答案：（1）1 W （2）4 W （3）2 m （4）80% 试题解析：（1）根据焦耳定律，热功率为： （2）输入功率为： 输出功率为： （3）电动机的输出功率用来提升重物在10 s内，有： 解得： （4）机械效率为： 归纳总结： 1．电动机因故不转动时，线圈可视为纯电阻电路，P电=P热，而电动机转动时为非纯电路，P电=P机+P热，要分清两种情况下的能量转化情况。 2．在非纯电阻电路中 不成立，此时U＞IR，此类问题要从能量转化角度把握电压的分配，确定电能的转化方向和具体表现形式（电热、机械能、化学能、磁场能等）。 3．纯电阻电路中的电功率 （1）只含有纯电阻的串联电路中，电流I相同，由P=I2R可知电功率跟电阻成正比。 （2）只含有纯电阻的并联电路中，电压U相同，由