[中学联盟]辽宁省北票市高级中学人教版高中物理选修3-1课件+学案：2.5 焦耳定律 (2份打包)

5 焦 耳 定 律 随着家用电器的增多，特别是空调、电热器等大功率用电器的使用，引发的火灾事故越来越多，据统计很大一部分火灾的事故原因是导线、插座或开关等元件温度升高而导致的，请思考，电流通过导体为什么会发热，产生的热量与电流大小和导线电阻等是什么关系呢？ 提示：电能转化为热能，关系为Q＝I 2Rt. 【情景导入】 【自主学习】 请阅读教材，完成下面问题。 1．所谓电流做功，实质上是导体中的________对自由电荷的________在做功． 2．电流在一段电路中所做的功等于这段电路__________、电路中的______、__________三者的乘积，即W＝________. 3．单位时间内电流所做的功叫做电功率．电流在一段电路上做功的功率P等于________与这段电路____________的乘积，即P＝________. 恒定电场 静电力 两端的电压U 电流I 通电时间 t IUt 电流I 两端的电压U IU 一、电功和电功率 1．电功． (1)电功的定义：电场力对电荷做的功，叫做电功． (2)电功的表达式：W＝qU＝UIt 即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积． (3)单位：焦耳，符号为J. 【巩固练习】 一根电阻丝，通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　) A．4 V　16 J　　　　　　　B．8 V　16 J C．4 V　32 J D．8 V　32 J 1．甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法中不正确的是(　　) 【拓展练习】 A．甲灯的实际功率一定总是40 W B．将乙灯接入110 V电路中，它的额定功率仍为60 W C．两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较大 D．两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少 解析：照明灯泡的铭牌上标记的是额定电压和额定功率，由于灯泡随着电压的升高电流增大，灯丝的电功率将会增大，于是温度升高，灯丝电阻率也随之增大，所以电阻增大．当工作电压不是220 V时，灯泡的实际功率不再是额定功率，但额定功率不会随电压变化而变化． 答案：A 1．电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为________. 2．电热Q＝____________，热功率P＝________. 3．若电路中有电动机或电解槽，电能除转化为内能外，还转化为________或________，它们之间遵从能量守恒． 导体的内能 I 2Rt　 I 2R 机械能 化学能 阅读教材，完成下面问题。 【自主学习】 实验1：研究电热与电阻关系 R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω A 　　在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 实验2：研究电热与电流关系 I = 2I1 I A R = 5 Ω R = 5 Ω R = 5 Ω I1 　　在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越 多。 二、焦耳定律 1．焦耳定律． (1)内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比． (2)表达式：Q＝I 2Rt. (3)适用范围：Q＝I 2Rt 是电热的定义式，可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热)． (4)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能． 3．纯电阻电路和非纯电阻电路． 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器 电流、电压、 电阻三者的 关系 遵循欧姆定律I＝U/R 不服从欧姆定律，由UIt＝I 2Rt＋W，知U＞IR 或I＜ 能量转化形式 电流做功全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝ t 电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功W＝UIt；电热Q＝I2Rt.W＝Q＋W其他 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电解槽 【例题】 一个电动机，线圈电阻是0.4Ω，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少？ 思考问题： ① 电动机消耗的电功率P电是多少？ ② 电动机发热的热功率P热是多少？ ③ 根据能量守恒定律，电动机的机械功率与P电、P热的关系如何？ 解：本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发热的热功率P热，转化为机械能的功率P机。三者之间遵从能量守恒定律，即 P电=P热+P机 由焦耳定律，电动机的发热功率为 P热=I2R 电动机消耗的电功率P电，即电流做功的功