第2章 8 焦耳定律 电路中的能量转化-【精讲精练】2023-2024学年高中物理必修第三册教科版（教师用书）

8．焦耳定律　电路中的能量转化

[学业要求与核心素养]

1．理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算。

2．理解焦耳定律的内容，并能进行相关计算。

3．弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系。

4．知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别。

一、电功　电功率

阅读教材，并回答：

1．如图所示：

时间t内通过电路的总电荷量q＝It，静电力移动电荷做功W＝qU，则时间t内电流做功W＝UIt。

2．电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，两者间有何关系？

答：不同，电流做功的快慢是指在相同时间内，做功越多，电流做功越快。

[概念·规律]

1．电功

(1)定义：电场力在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的__电流I__、通电__时间t__三者的乘积。

(2)公式：W＝qU＝__UIt__。

单位：国际单位：__焦耳__，符号：__J__。

(3)电功的实质：导体中的恒定__电场__对自由电荷的__静电__力所做功。

2．电功率

(1)定义：电流所做的__功__与做这些功所用__时间__的比。

(2)公式：P＝＝__UI__。

(3)单位：__瓦特__，符号：__W__。

二、焦耳定律　热功率

1．焦耳定律

(1)内容：电流通过电阻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__。

2．热功率

(1)定义：电流通过电阻所产生的热量与产生这些热量所用时间的比。

(2)表达式P＝__I2R__。

三、电路中的能量转化

阅读教材，并回答：

教材图2­6­3为闭合电路的组成。

(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？

(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？

(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？

答：(1)在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高

(2)EIt　I2rt　I2Rt　EIt＝I2Rt＋I2rt

(3)E＝IR＋Ir或I＝

[概念·规律]

1．电动机从电源获得能量，一部分转化为__机械能__，还有一部分转化为内能。

2．闭合电路中：IE＝IU＋I2r。

探究点一　电功和电热的理解

[交流讨论]

1．公式W＝UIt和Q＝I2Rt的适用条件是什么？二者有何联系？

答：W＝UIt对任何电路都适用，Q＝I2Rt可计算任何电路产生的焦耳热，在纯电阻电路中W＝Q，在非纯电阻电路中W＞Q。

2．公式P＝IU和P＝I2R有何区别？

答：P＝IU对任何电路都适用，P＝I2R只适用于纯电阻电路，在纯电阻电路中IU＝I2R，非纯电阻电路中IU＞I2R。

[归纳总结]

1．电功和电功率

W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路。

2．电热和热功率

Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率。

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内能。

(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。

　(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)

A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多

B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路

C．在非纯电阻电路中，UI＞I2R

D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路

[解析]　电功率公式P＝，表示电功率越大，电流做功越快。对于一段电路，有P＝IU，I＝，焦耳热Q＝2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；

W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝只适用于纯电阻电路，B正确；

在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W＞Q，

即UI＞I2R，C正确；

Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确。

[答案]　BCD

1．关于电功W和电热Q的说法正确的是(　　)

A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q

B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q

C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立

D．W＝UIt在任何电路中都成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中才成立

解析　非纯电阻中，W＝UIt用来求电功，Q＝I2Rt用来求电热，但W＞Q；只有在纯电阻电路，根据能量守恒电功和电热电相等，电功可用公式W＝UIt计算，也可用公式W＝I2Rt计算，W＝UIt可用于任何电路求总电功，而Q＝I2Rt可以适用任何电路求热功，故B正确，A、C、D错误。

答案　B

探究点二　纯电阻电路中的功率分配及计算