2.5 焦耳定律-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版选修3-1）

2.5 焦耳定律 新课导入 思考：以下电器在工作时，是将什么能转化为什么能？ 电炉 电动机 蓄电池充电 电能转化为热能 电能转化为机械能 电能转化为化学能 功是能量转化的量度，电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程 电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量 U I + - E 思考2：这相当在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？ q=It 思考1：在时间t通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少？ W=qU=UIt 思考3：该公式用语言如何表述？ 想一想 思考：如何计算电流做的功呢？ （1）定义：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流 I 和通电时间 t 三者的乘积。(在一段电路中电场力所做的功，就是电流所做的功，简称电功。) （3）国际制单位：焦耳，简称焦，符号是 J。 常用单位：千瓦时，俗称“度”，符号是 kW·h。 1 kW·h = 1000 W×3600 s = 3.6×106 J （2）定义式：W＝UIt 1 电功（W） 适用于任何电路 适用于纯电阻电路 W 变形式： 2 电功率（P） （2）意义：电功率表示电流做功的快慢。 （3）单位：在国际单位制中是瓦（W） 常用单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）。 （1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。（一段电路上的电功率P 等于这段电路两端的电压U 和电路中电流 I 的乘积） 1 kW＝103 W＝106 mW = 10─3 MW 适用于任何电路 适用于纯电阻电路 P 变形式： （4）用电器的额定功率和实际功率 ①额定功率：用电器长期正常工作时的____________，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。（用电器铭牌上所标称的功率是额定功率） ②实际功率：用电器____________时消耗的电功率。为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。 最大功率 实际工作 电流（静电力）做功时，消耗的是电能。但电能转化为那种形式的能呢？ 电能转化为热能。 电能转化为机械能和热能 为什么有些用电器通电后会发热呢？ 在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能。 电烙铁 电熨斗 取暖器通电后，取暖器丝热得发红，而与取暖器丝相连的导线却不怎么热，为什么？ 因为，取暖器丝，电阻非常大。 电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢? 假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？ 理论探究： 这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。 设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。 据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为：U=IR 在时间t内电场力对电阻元件所做的功为：W=IUt=I2Rt 由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W等于电热Q 所以产生的热量为：Q=I2Rt 　　焦耳（James Prescott Joule， 1818—1889），英国物理学家。用 近 40 年的时间做了 400 多次实验， 研究热和功的关系。通过大量的实 验，于 1840 年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。 焦 耳 这个关系最初是物理学家焦耳用实验得到的，叫焦耳定律。 （1）内容：电流通过导体时产生的热量 Q（电热） 等于电流 I 的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积，即： 3 焦耳定律 适用于任何电路 ★电流热效应的实质：电能通过电流做功转化为内能（热能）。 变形式：Q 适用于纯电阻电路 ★电流热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。 （2）热功率P热 ：一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。 变形式：P=UI 适用于任何电路 适用于纯电阻电路 一、电功率与热功率 1. 区别 　 电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积。 　 热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。 2. 联系 　 对纯电阻电路，电功率等于热功率。 　 对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和。 “负荷”是对用电器功率特征的一种习惯称谓。通常说“负荷”大，是指用电器的功率大，并不是用电器的“电阻”大。在一般情况下，“负载”大的用电器电阻反而小。 如“220 V　60 W”与“220 V　100 W”的两个灯泡，后