第2章 第8节 焦耳定律 电路中的能量转化（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（教科版2019）

第8节　焦耳定律　电路中的能量转化 课程内容要求 核心素养提炼 1．理解电功、电功率、焦耳热、热功率及它们之间的关系． 2．应用焦耳定律解决相关问题． 3．区分电功和电热，会正确计算非纯电阻电路中的电功和电热． 1．物理观念：电功、电功率、焦耳定律． 2．科学思维：区分电功和电热，对比不同电路中的能量转化． [对应学生用书P85] 1．电功 (1)电场力在一段电路上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＝UIt． (3)单位：焦耳，符号是J． 2．电功率 (1)电流所做的功W与做这些功所用时间t的比叫作电功率． (2)公式：P＝＝UI． (3)单位：瓦特，符号是W，1 W＝1 J/s. [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)电流做功的实质是静电力对电荷做功．(√) (2)电功率越大，表示电流做功越多．(×) 1．焦耳定律 (1)内容：电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比、跟导体的电阻R成正比、跟通电时间t成正比． (2)公式：Q＝I2Rt． 2．热功率 (1)定义：电流通过电阻而产生的热量Q与产生这些热量所用的时间t的比． (2)公式：P热＝＝I2R． [思考] 标有“220 V　40 W”的白炽灯泡和“220 V　40 W”的电动机，把它们并联后接到220 V的照明电路中，二者都能正常工作，它们在相同的时间内产生的焦耳热相同吗？ 提示　不同．“220 V　40 W”的白炽灯泡通电时将电能几乎全部转化为内能，而“220 V　40 W”的电动机通电后消耗的电能大部分转化为机械能，剩余的小部分才转化为内能. 1．在电阻元件中，电能全部转化为内能． 2．在电动机(线圈电阻为R)中： (1)能量转化：电动机从电源获得电能，一部分转化为机械能，一部分转化为内能． (2)功率关系 ①P电＝P机＋P热． ②P电＝UI． ③P热＝I2R． 3．由E＝U＋Ir可得IE＝IU＋I2r，当外电路电阻R为零(短路)时，I0E＝Ir，此时电源释放的能量全部在内电路中转化成内能． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热．(√) (2)公式Q＝I2Rt可以用来计算纯电阻电路中产生的焦耳热.(√) [对应学生用书P86] 探究点一　电功与电热的比较 如图所示，电吹风和电熨斗都是通过电流做功进行工作的电器． (1)当电吹风吹热风时，将电能转化为什么能？ 提示　电吹风工作时，将电能转化为机械能和内能． (2)电熨斗工作时，将电能转化为什么能？ 提示　电熨斗工作时，将电能转化为内能． 1．纯电阻电路和非纯电阻电路 (1)常用的电灯泡、电炉子等为纯电阻电路．电动机、电解槽等为非纯电阻电路． (2)纯电阻电路服从欧姆定律，而非纯电阻电路不服从欧姆定律． (3)纯电阻电路电流做功时，电能全部转化为电热，而非纯电阻电路，电流做功将电能一部分转化为电热，一部分转化为机械能或其他形式的能． 2．电功与电热 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功 W＝UIt＝I2Rt＝t W＝UIt 电热 Q＝UIt＝I2Rt＝t Q＝I2Rt 关系 W＝Q W>Q 3.电功率与热功率 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功率 P电＝UI＝I2R＝ P电＝UI 热功率 P热＝UI＝I2R＝ P热＝I2R 关系 P电＝P热 P电>P热 如图所示，内阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的恒压电源两端，灯泡正常发光，则(　　) A．电解槽消耗的电功率为60 W B．电解槽的热功率为60 W C．电解槽中将电能转化为化学能的功率为60 W D．整个电路消耗的总功率为60 W A　[由于灯泡正常发光，因此电解槽的电压为220 V－110 V＝110 V，由于电解槽和灯泡串联，它们的电流相等，因此I＝＝ A，所以电解槽的输入功率为P槽＝U槽I＝110× W＝60 W，A正确．电解槽的热功率为P热＝I2r＝()2×4.4 W≈1．3 W，B错误．电解槽中将电能转化为化学能的功率为P化＝P槽－P热＝(60－1．3) W＝58.7 W，C错误．电路消耗的总功率为P总＝220 V× A＝120 W，D错误．] [题后总结]　 (1)电解槽是非纯电阻电路，电功率用P＝UI计算．电功率和热功率不相等，热功率只占很少一部分 (2)电解槽的热功率只能用P＝I2r计算，r为内阻． (3)电功率等于热功率与电能转化为化学能的功率之和，即P＝P热＋P化． [训练1]　电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机的线圈电阻为R1，它与电