3.3 焦耳定律 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-1）

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1、第 3 节 焦耳定律 学习目标 核心提炼 1.理解电功、电功率的概念，并会运用其公式进行 计算。 4 个概念电功、 电功 率、电热、热功率 4 个公式WUIt、P UI、QI2Rt、PI2R 2 个电路纯电阻电 路和非纯电阻电路 2.理解焦耳定律并会用 QI2Rt 计算电热。 3.理解电功和电热的区别， 知道纯电阻电路和非纯 电阻电路。 一、电能 1.电功 (1)自由电荷在电场力的作用下定向运动而形成电流，电场力对自由电荷做的功， 称为电功。 (2)公式：如果电路两端的电压是 U，电流为 I，在时间 t 内电流做的功 WUIt。 2.电功率：单位时间内电流所做的功就叫做电功率。用公式表示为：P

2、W t UI， 单位：瓦特(W)。 二、焦耳定律 1.焦耳定律 (1)内容： 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比， 跟导体的电阻成正比， 跟通电时间成正比。这就是焦耳定律。 (2)公式：QI2Rt。 (3)在只含电阻的纯电阻电路中，由 UIR，可推得 QU 2 R t。 2.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电热。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电 路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能。 (3)纯电阻电路中：WQ；PP热； 非纯电阻电路中：WQE其他Q；PP热P其

3、他P热。 思考判断 (1)电功率越大，电功越大。() (2)1 千瓦时3.6106 J。() (3)非纯电阻电路中，电热的表达式是 QI2Rt。() (4)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。() (5)根据 IU R可导出 P U2 R ，该公式可用于任何用电器。() 三、身边的电热 1.电流热效应的应用 如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的热效应工作的。 2.电流热效应的危害 如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热，降低电能的 传输效率，电流过大，散热不好，还会烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电。 电功和电功率 要点归纳 1.对电功的理解 (1)从能的角度

4、看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小 量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。 (2)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。 2.对电功率的理解 (1)电功率表示电流做功的快慢或用电器消耗电能的快慢。 (2)公式 PW t UI 对任何电路都适用。 3.额定功率和实际功率 (1)额定功率：用电器正常工作所消耗的功率，当用电器两端的电压达到额定电压 或电流达到额定电流时，用电器达到额定功率。P额、I额、U额其中一个达到额定 值，则另外两个也为额定值。 (2)实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率，一般情况下，为保证用电器 的安全，实际功率应

5、小于或等于额定功率。 精典示例 例 1 微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为 1 ，当加在它两端的电压为 2.0 V 时，电流为 0.8 A，且能正常工作。 (1)求它的输入功率； (2)工作时由于导线发热而损失的功率多大？ (3)它的输出功率多大？ 解析 电动机正常工作时是非纯电阻电路，则 (1)输入功率 P入UI2.00.8 W1.6 W (2)由导线发热损失的功率 P热I2R0.821 W0.64 W (3)根据能量的转化与守恒，电动机的输出功率 P出P入P热1.6 W0.64 W0.96 W。 答案 (1)1.6 W (2)0.64 W (3)0.96 W 针对训练 1 一白炽灯泡的额

6、定功率与额定电压分别为 36 W 与 36 V。若把此灯 泡接到输出电压为 18 V 的电源两端，则灯泡消耗的电功率( ) A.等于 36 W B.小于 36 W，大于 9 W C.等于 9 W D.小于 9 W 解析 白炽灯在正常工作时的电阻为 R，由 PU 2 R 变形得 R36 ，当接入 18 V 电压时，假设灯泡的电阻也为 36 ，则它消耗的功率为 PU 2 R 18 2 36 W9 W， 但是当灯泡两端接入 18 V 电压时， 它的发热功率小， 灯丝的温度较正常工作时的 温度低，其电阻率小，所以其电阻要小于 36 ，其实际功率要大于 9 W，故选 项 B 正确。 答案 B 纯电阻电路

7、和非纯电阻电路 要点归纳 纯电阻电路和非纯电阻电路 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转 化情况 电功和电 热的关系 WQ 即 IUtI2RtU 2 R t WQE其他 UItI2RtE其他 电功率和 热功率的 关系 PP热， 即 UII2RU 2 R PP热P其他 即 UItI2RP其他 欧姆定律 是否成立 成立 UIR IU R 不成立 UIR IP热I2R，UIR 而有 UIR。 (3)输入功率指电动机消耗的总功率，热功率是线圈上的电阻的发热功率。输出功 率是指电动机将电能转化为机械能的功率，三者的关系 UII2RP机。 针对训练 2 加在某电动机上的电压是 U(V)，电动机消耗的电功率为

8、P(W)，电 动机线圈的电阻为 r()，则电动机线圈上消耗的电热功率为( ) A.P B.U 2 r C.P 2r U2 D.PP 2r U2 答案 C 1.(电功和电功率的理解)(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.WIUt 适用于任何电路，而 WI2RtU 2 R t 只适用于纯电阻电路 C.在非纯电阻电路中，UII2R D.焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路 解析 电功率公式 PW t ，表示电功率越大，电流做功越快。对于一段电路，有 P UI，IP U，焦耳热 Q( P U) 2Rt，可见 Q 与

9、P、U、t 都有关，所以 P 越大，Q 不 一定越大，A 错误；WUIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而 IU R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 WQ，即 IUI2R，C 正确；QI2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电 路，D 正确。 答案 BCD 2.(焦耳定律的应用)通过电阻 R 的电流为 I 时，在 t 时间内产生的热量为 Q，若电 阻为 2R，电流为I 2，则在时间 t 内产生的热量为( ) A.4Q B.2Q C.Q 2 D.Q 4 解析 根据 QI2Rt 得，电阻变为原来的 2 倍，电流变为原来的1 2，时间不变，则 热

10、量变为原来的1 2，C 正确。 答案 C 3. (非纯电阻电路的特点及有关计算)如图1所示是一直流电动机工作时的电路图。 电动机内阻 r0.8 ，电路中另一电阻 R10 ，直流电压 U160 V，电压表 示数 UV110 V。试求： 图 1 (1)通过电动机的电流； (2)输入电动机的总功率； (3)电动机输出的机械功率。 解析 (1)由电路中的电压关系可得电阻 R 的分压 URUUV(160110) V50 V 通过电阻 R 的电流 IRUR R 50 10 A5 A 即通过电动机的电流 IMIR5 A。 (2)电动机的分压 UMUV110 V 输入电动机的总功率 P总IMUM550 W。 (3)电动机的热功率 P热I2Mr20 W 电动机输出的机械功率 P出P总P热530 W。 答案 (1)5 A (2)550 W (3)530 W