10.7 电功、电功率及焦耳定律 课件 -2026-2027学年高二上学期物理沪科版必修第三册

电功、电功率及焦耳定律 1 用电器 电能 其他形式的能 2 电能 内能 3 电能 机械能 4 电能 化学能 5 电能 化学能 电能 机械能 电能 内能 电流做功 6 一、电功 7 电流的形成是导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动。 电流做功 电场力做功 电场力对自由电荷做正功，电荷的电势能减少，其他形式的能增加，从而实现电能转化为其他形式的能。 实质 1 怎样理解电流做功呢？ 2 如何计算电功呢？ 电流做功 电场力做功 实质 推导电功表达式 W = qU q = It W = UIt 电功的单位：焦耳（J） U I t 二、电功率 12 电功率 2、定义： 电流所做的功与完成这些功所用的时间之比 1、物理意义： 描述电流做功的快慢 P = W = UIt P = UI 3、单位：瓦特（W） 某浴霸的铭牌部分参数 电 压 220 V 功 率 1100 W 产品尺寸 37cm*37cm 开孔尺寸 30cm*30cm 颜 色 银灰 适用场所 浴室、卫生间等 某浴霸的铭牌部分参数 电 压 220 V 功 率 1100 W 产品尺寸 37cm*37cm 开孔尺寸 30cm*30cm 颜 色 银灰 适用场所 浴室、卫生间等 试问：（1）该浴霸在正常工作时，通过的电流有多大？ （2）如果连续正常工作30min，消耗多少电能？ 解：设浴霸正常工作时电流为 I，则根据电功率的公式 P = UI，可得 I = 5 A 浴霸连续正常工作时间 t = 30 min = 1800 s，电功为 W = Pt = 1100×1800 J = 1.98×106 J 根据功能关系，消耗的电能即为这段时间电流做的电功，为1.98×106 J。 1 kW·h等于功率为1 kW 的用电器连续工作1 h所消耗的电能。 即 1 kW·h =1000 W×3600 s = 3.6 ×106 J 日常交流中，我们通常说用了0.55度电。 上述问题中，浴霸消耗了1.98×106 J的电能，即 0.55 kW·h。 换算关系：1 kW·h = 3.6 ×106 J = 1度电 你知道家里电费的计算方法吗？ 目前，上海居民用电计算方法主要基于分时电价和阶梯电价相结合的模式，旨在鼓励居民节约用电，合理利用电力资源，促进节能减排。 分时电价 图例： 峰 谷 22时~次日6时 6时~22时 阶梯电价 图例： 第一阶梯 第二阶梯 第三阶梯 0 3120 kW·h 4800 kW·h 以上 销售额 第一季度 第二季度 8 16 系列 1 类别 1 类别 2 类别 3 3120 3120 3120 系列 2 类别 1 类别 2 类别 3 1680 1680 1680 系列 3 类别 1 类别 2 类别 3 3120 3120 3120 3 电热水壶产生的热量与哪些因素有关？ 18 三、焦耳定律 19 焦耳（J.P.Joule,1818—1889） 英国物理学家焦耳经过多次实验指出： 电流通过导体产生的热量 ，与电流的二次方、导体的电阻和通电时间成正比。这就是焦耳定律。 即 Q = I2Rt 通常把电流流过导体时产生的热量称为电热，也叫焦耳热。 电流通过导体产生的热量与所用时间之比叫做热功率。 P = = I2R 4 电功和电热有什么关系？ W = UIt Q = I2Rt 电功 电热 猜想：电功等于电热 即 电功率等于热功率 实验电路图 实验 M A V 22 1、电动机在稳定转动和卡住不动两种状态下的电功率和热功率的关系。 问题与思考 2、电动机工作时的两种状态，欧姆定律还成立吗？ 23 稳定转动 卡住不动 实验 1.3800 实验数据记录与处理 电动机 状态 电压 U（V） 电流 I（A） 电功率 P电（W） 热功率 P热（W） 已知电动机内阻 R = 0.85 Ω 0.3060 0.9064 0.9018 稳定转动 卡住不动 实验 2.7059 1.0353 2.30 0.88 0.60 1.03 ①电动机稳定转动时， P电 > P热， ②电动机卡住不转动， P电 ≈ P热， 结论 说明此时电能只有部分转化为内能,更多的电能转化为机械能。 即 W > Q， 实验 I ≠ 欧姆定律不适用 即 W ≈ Q， I ≈ 欧姆定律适用 说明此时电能基本全部转化为内能。 电路将消耗的电能全部用于发热，电能全部转化为内能，这样的电路称为纯电阻电路。 两种电路 电能并不全部转化为内能，有部分电能转化为其它形式的能（机械能或化学能），这样的电路称为非纯电阻电路。 W = Q W > Q 欧姆定律适用 欧姆定律不适用 一台电动机的额定电压 U = 220 V，线圈的电阻 R = 0.8 Ω。正常工作时，它每秒产生的热量为1280 J，则正常工作时的电流为多大？电动机的输出功率为多大？ 示例 解：设电动机正常工作时通过的电流为 I , 1 s产生的热量为 Q，则由 Q = I2Rt 可得 I = = A = 40 A 电动机正常工作时的输入功率 P = UI = 220×40 W = 8800 W 电动机正常工作时的热功率 P热 = = W = 1280 W 因此，电动机的输出功率 P出= P - P热 = 8800 W-1280 W = 7520 W 一台电动机的额定电压 U = 220 V，线圈的电阻 R = 0.8 Ω。正常工作时，它每秒产生的热量为1280 J，则正常工作时的电流为多大？电动机的输出功率为多大？ 示例 如果电动机在正常工作时卡住不动，则流过电动机的电流为多大？每秒产生的热量为多少？ 由焦耳定律可得 Q' = I'2Rt =2752×0.8×1 J=6.05×104 J 解：设电动机正常工作时卡住不动通过的电流为 I' ，1 s产生的热量为 Q' ，则由欧姆定律可得 I' = = A = 275 A 可能导致电动机因过热而损坏，甚至被烧毁。 课堂小结 W = UIt P = UI Q = I2Rt 纯电阻电路 非纯电阻电路 W = Q W > Q 欧姆定律适用 欧姆定律不适用 热功率 P = I2R 电功 电功率 焦耳 定律 作业 完成配套作业练习1-8题。 $