2.6 焦耳定律 电路中的能量转化导学案

高中物理选修3－1 第二章 直流电路 2.6焦耳定律 电路中的能量转化导学案 姚建荣

2.6 焦耳定律 电路中的能量转化

【学习目标】

1．理解电功、电功率的概念，能利用公式进行有关的计算。 2．了解焦耳定律，区分纯电阻电路和非纯电阻电路。 3．从能量转化与守恒的角度理解闭合电路欧姆定律。 【重点难点】

1．重点是电功、电功率的计算，电路中的能量转化。 2．难点是纯电阻电路与非纯电阻电路。 【自主学习】

一、电功和电功率 1．电功

（1）定义：电流流过一段电路，自由电荷在______的作用下发生定向移动，电荷在导体中运动的过程就是电场力对自由电荷做功的过程，电场力移动电荷所做的功，简称电功。 （2）实质：电流做功实质上是把______转化为___________的能。 （3）表达式：__________。单位：________，符号为J。 2．电功率：

（1）定义：电流所做的功与做这些功所用______的比值，即单位时间内电流所做的功，叫做电功率。

（2）表达式：P＝________＝__________。这表示电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积。 （3）单位：_________，符号为W。

（4）物理意义：表示电流做功的________。

（5）额定电压：用电器正常工作时的电压。额定功率：用电器正常工作时的功率。 （6）额定功率和实际功率

额定功率是用电器正常工作时的输出功率，也就是用电器两端的电压为_________时的功率；在实际使用过程中，用电器两端电压通常不会刚好是额定电压，此时的功率叫做实际功率。需要注意的是：用电器两端的电压短时间内略大于额定电压是允许的，但不可以在长时间内超出额定电压的情况下工作。因此在现实科生活中，比较常见的情况是用电路在低于或等于额定电压的情况下工作。

二、焦耳定律

1．电流的热效应：电流通过导体时导体发热的现象，叫电流的热效应。 2．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_______，跟_______成正比，跟_____成正比。

（2）计算公式：_________。 （3）单位：焦耳，符号为J。

（4）实质：电能通过电流做功转化为________。 3．热功率：

（1）定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用______的比值，叫做热功率。 （2）表达式：P热＝______＝________。

1

高中物理选修3－1 第二章 直流电路 2.6焦耳定律 电路中的能量转化导学案 姚建荣

【合作探究】

【知识点一】电功、电功率的计算

【例1】有关额定值分别为“220V，40W”和“220V，100W”的两只白炽灯，下列说法正确的是（ ）

A．40W的额定电流大，正常工作时电阻小 B．100W的额定电流大，正常工作时的电阻小 C．40W的额定电流小，正常工作时电阻大 D．100W的额定电流小，正常工作时电阻大

【变式1】标有“10V，10W”的三个电阻，按如图所示方式连成电路，此电路允许加的电压的最大值UAB与电路允许消耗的最大功率是（ ） A．20V 30W B．20V 15W C．15V 20W D．15V 15W 【知识点二】非纯电阻电路

【例2】一台电动机额定电压为220V，线圈电阻R＝0.5Ω，电动机正常工作时通过线圈的电流为4A，电动机正常工作10min，求： （1）消耗的电能；（2）产生的热量；（3）输出的机械能。

【变式2】有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；若电动机接入2.0V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0A，电动机正常工作时的输出功率是多大？如果在电动机正常工作时，转子突然卡住，电动机的发热功率是多大？

【知识点三】焦耳定律

【例3】电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅电路的示意图，S是用感温材料制造的开关，R1是电阻，R2是供加热用的电阻丝。

（1）试判断开关S接通时和断开时，电饭锅分别处于哪种工作状态，说明你的理由。 （2）如果要使R2在保温状态时的功率是加热状态时的一半，R1R2应是多大？

【巩固训练】如图所示，是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内阻r＝0.8Ω，电路中另一电阻R＝10Ω，直流电压U＝160V，电压表示数UV＝110V。试求： （1）通过电动机的电流； （2）输入电动机的电功率；

（3）若电动机以v=1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量？（g取10m/s2）

2

高中物理选修3－1 第二章 直流电路 2.6焦耳定律 电路中的能量转化导学案 姚建荣

2.6焦耳定律 电路中的能量转化【当堂检测】

班级：_______ 姓名：________ 组别及编号：__________

一、选择题

U2

1．关于计算电功率的三个公式P＝UI、P＝IR、P＝的适用范围，以下说法中正确的是( )

R

2

A．这三个公式的适用范围相同

B．第一个公式普遍适用，后两个公式只适用于纯电阻电路

C．第一个公式适用于无电阻的电路，后两个公式只适用于有电阻的电路 D．三个公式的适用范围与电路串、并联的方式无关 2．关于电功率的下列说法中，正确的是( )

A．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关 B．用电器的实际功率取决于用电器的额定功率 C．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率 D．电功率越小，则电流做功越少

3．加在某电动机上的电压是U(V)，电动机消耗的电功率为P(W)，电动机线圈的电阻为r(Ω)，则电动机线圈上消耗的电热功率为( )

U2P2rP2r

A．P B． C ．2 D．P－2 rUU

4．用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑煮水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么( )

A．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t s B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s

5．一根电阻丝，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，则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

6．(2011年重庆南开中学检测)一内阻为1.0 Ω的电动机，加上220 V的电压后，电动机正常工作，此时通过它的电流为5 A，则电动机输出功率为( ) A．1125 W B．1100 W C．1075 W D．25 W 7．已知两电阻R1、R2的I－U的关系图像如图所示，把R1、R2并联接到一个电源上，R1消耗的电功率为6 W，则电源的输出功率为( )

3

高中物理选修3－1 第二章 直流电路 2.6焦耳定律 电路中的能量转化导学案 姚建荣

A．8 W B．10 W C．4 W D．15 W

8．图为甲、乙两灯泡的I－U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中，实际发光的功率约为( )

A．15 W、30 W B．30 W、40 W C．40 W、60 W D．60 W、100 W 二、非选择题

9．(2011年黄冈检测)一台功率为400 W的洗衣机，工作电

压是220 V，连续工作0.5 h，洗衣机的工作电流是________ A，所消耗的电能为________ J. 10．如图所示，为电动机提升重物的装置，电动机线圈r＝1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N，不计摩擦力，求： (1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？ (2)电动机输入功率和输出功率各是多少？ (3)10 s内，可以把重物A匀速提升多高？ (4)这台电动机的机械效率是多少？

4

高中物理选修3－1 第二章 直流电路 2.6焦耳定律 电路中的能量转化导学案 姚建荣

2.6焦耳定律 电路中的能量转化【当堂检测】参考答案

1．解析：选BD.电路可分为纯电阻电路和非纯电阻电路，P＝UI对两个电路都适用，而P＝I2RU2

和P＝只适用于纯电阻电路，故B正确，A、C错误；这三个公式的适用范围与电路的串、并

R联方式无关，故D正确．

2．解析：选C. 用电器的额定功率是正常工作时的功率，与实际电流电压无关，电流做功多少还与时间有关，则正确选项为C. 3．答案：C

U2220 V?21

4．解析：选BD.由公式Q＝t，煮沸一壶水所需的热量为Q＝t.当电压变为原来的时，RR21

所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t s，选项B正确；当电压变为原来的时，时间4要变为原来的16倍，即16t s，选项D正确． W1

5．解析：选D.由W＝qU知，U1＝＝4 V

q1当q2＝4 C时，I2＝2I1，所以U2＝I2R＝8 V W2＝q2U2＝32 J，D选项正确．

6．解析：选C.电动机消耗的功率P＝UI＝220×5 W＝1100 W，发热功率PR＝I2R＝52×1 W＝25 W，所以电动机输出功率P机＝P－PR＝1100 W－25 W＝1075 W.

U2P2R1R17．解析：选B.由P＝可知＝，所以P2＝P1＝4 W．电源输出功率P＝P1＋P2＝10 W，B

RP1R2R2选项正确．

8．解析：选C.(1)从图像的横坐标(U)为220 V的刻度线可找出对应的纵坐标(I)的值分别为I甲＝0.18 A，I乙＝0.27 A，则P甲＝UI甲≈40 W，P乙＝UI乙≈60 W，C正确．

P400

9．解析：根据P＝UI，洗衣机的工作电流I＝＝ A＝1.82 A，根据W＝P·t，洗衣机所消耗的

U220电能W＝P·t＝400×30×60 J＝7.2×105 J.

10．解析：(1)根据焦耳定律，热功率为：PQ＝I2r＝12×1 W＝1 W. (2)电功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积：P入＝IU＝1×5 W＝5 W. 输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率：P出＝P入－PQ＝5 W－1 W＝4 W.

P出t4×10(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10 s内P出 t＝mgh.解得h＝＝ m

mg20＝2 m.

(4)机械效率：η＝P出/P入＝80%.

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/87qf.html