第5课 焦耳定律-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版选修3-1）

第5节 焦耳定律 目标导航 学习目标 1.理解电功和电功率的概念，明确电流做功的实质。 2.理解电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。 3.电功率和热功率的理解。 核心提炼 4个概念——电功、电功率、电热、热功率 4个公式——W＝IUt、P＝IU、Q＝I2Rt、P＝I2R 2个电路——纯电阻电路和非纯电阻电路 知识精讲 知识点01电功和电功率 1.电功 (1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流和通电时间t三者的乘积。 (2)公式：W＝IUt。 (3)国际单位：焦，符号为J。 (4)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。 (5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。即电功是电能转化为其他形式的能的量度。 2.电功率 (1)定义：单位时间内电流所做的功。 (2)公式：P＝＝IU。 (3)单位：瓦，符号：W。 (4)意义：表示电流做功的快慢。 知识点02 焦耳定律和热功率 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，跟导体的电阻及通电时间成正比。 (2)表达式：Q＝I2Rt。 (3)适用条件：任何电路。 2.热功率 (1)定义：单位时间内的发热量。 (2)表达式：P＝I2R。 (3)适用条件：任何电路。 3.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能。 (3)纯电阻电路中：W＝Q；P＝P热； 非纯电阻电路中：W＝Q＋E其他>Q；P＝P热＋P其他>P热。 思考判断 1.电功率越大，电功越大。(×) 2.1千瓦时＝3.6×106 J。(√) 3.非纯电阻电路中，电热的表达式是Q＝I2Rt。(√) 4.电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。(×) 5.根据I＝可导出P＝，该公式可用于任何用电器。(×) 【知识拓展】 　纯电阻电路和非纯电阻电路 [要点归纳]　 纯电阻电路和非纯电阻电路 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转 化情况 电功和电 热的关系 W＝Q 即IUt＝I2Rt＝t W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他 电功率和 热功率的 关系 P＝P热， 即IU＝I2R＝ P＝P热＋P其他 即IU＝I2R＋P其他 欧姆定律 是否成立 成立 U＝IR　I＝ 不成立 U>IR　I< [精典示例] [例1] 规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接上220 V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率； (2)如果接上220 V的电压后，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220 V的电压下正常工作时的电流为I＝＝ A≈0.16 A， 发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W。 转化为机械能的功率为 P机＝P电－P热＝36 W－1 W＝35 W。 (2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为 I′＝＝ A＝5.5 A， 电动机消耗的功率即发热功率 P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W。 答案　(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W 解答有关电动机问题时注意 (1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，P＝UI＝I2R＝均成立。 (2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路 P电＝UI>P热＝I2R，U≠IR而有U>IR。 (3)输入功率指电动机消耗的总功率，热功率是线圈上的电阻的发热功率。输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率，三者的关系UI＝I2R＋P机。　　　　　　 [针对训练1] 如图1所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W” 字样的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则(　　) 图1 A.电解槽消耗的电功率为20 W B.电解槽的发热功率为60 W C.电解槽消耗的电功率为60 W D.电路消耗的总功率为60 W 解析　灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V的电压，且电路电流I＝I灯＝ A，则电解槽消耗的电功率P电＝P灯＝60 W，A错误，C正确；电解槽的发热功率P热＝I2R电≈1.3 W，B错误；整个电路消耗的总功率P总＝UI＝220× W＝120 W，D错误。 答案　C 　串、并联电路中的电功率的分析与计算 [要点归纳]　 1.串联电路 功率关系 2.并联电路 功率关系 3.结论：无论是串联电路还是并联电路，