1、第二章直流电路6焦耳定律电路中的能量转化1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.掌握焦耳定律，弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别，能用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题.4.明确闭合电路中的功率及能量转化.学习目标内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究1一、电功和电功率一、电功和电功率导学探究导学探究(1)如图1所示，电路中电流为I，通电时间为t，那么在这段时间内通过这段电路的电荷量是多少？如果电路左、右两端的电势差是U，在电荷q从左端移到右端的过程中，电场力做的功是多少？ItIUt 答案图1
2、(2)电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，两者间有何关系？不相同.电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少.电流做功的快慢用电功率表示，电流做功的多少用电功表示.电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关.答案1.电功(1)定义：_移动电荷所做的功，简称电功.(2)公式：WUIt，此式表明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和通电时间t三者的_.(3)单位：焦耳，符号是_.(4)电流做多少功，就表示有多少_转化为其他形式的能.电场力J乘积知识梳理知识梳理电能2.电功率(1)电流所做的功与做这些功所用时间的_叫做电功率，它在数值上等于_时间
3、内电流所做的功.(2)公式：P UI.(3)单位：瓦特，符号是_,1 W1 J/s.比值单位W即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)电流做功的实质是电场力对电荷做功.()(2)电功率越大，表示电流做功越多.()(3)某导体两端电压为10 V，当通过2 C的电荷时，电流做功的功率为20 W.()二、焦耳定律二、焦耳定律导学探究导学探究(1)某一电路中只含有某一电阻元件，即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻电路，哪些属于非纯电阻电路.纯电阻电路有：白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅；非纯电阻电路有：电动机、电容器、电解槽.答案(2)纯电阻电路中，消耗的
4、电能转化为什么形式的能？对于含电动机的电路，消耗的电能转化为什么形式的能？内能内能和机械能 答案1.焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟_成正比，跟_成正比，跟_成正比.(2)表达式：Q_.2.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.(2)表达式：P热 _.电流的二次方通电时间电阻值知识梳理知识梳理I2Rt时间I2R3.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，电能全部转化为电阻的_.(2)非纯电阻电路：含有_或_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_或_.内能电动机电解槽机械能化学能(
5、3)电功和电热的计算公式比较纯电阻电路非纯电阻电路电功和电功率WUItI2Rt tP电UII2RWUItP电UI电热和热功率QI2RtUIt tP热I2RUIQI2RtP热I2R电功和电热关系WQWQE其他Q电功率和热功率关系P电P热P电P热P其他P热欧姆定律是否适用I ，适用UIR，不适用即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)电功一定等于电热.()(2)电动机消耗了电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.()(3)电热QI2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.()(4)电功WUIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.()三、电路中的能量转化三、电路中的能量转
6、化导学探究导学探究闭合电路中，电源电动势为E，内、外电路的电阻分别是r和R，电路中的电流为I.t时间内电源把多少其他形式的能转化为电能？外电路产生的热量是多少？内电路产生的热量是多少？三者之间有何关系？EItI2RtI2rtEItI2RtI2rt 答案闭合电路中的能量转化和功率转化(1)电源是把其他形式的能转化为_能的装置.电源提供的能量一部分消耗在_上，一部分消耗在_上，电能转化为内能.(2)能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即：EIt_U内It.功率关系：电源提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI_U内I.对于外电路是纯电阻电路，其能量关系和功率关系分别为
7、：EItI2RtI2rt，EI_I2r.电外电路内电路知识梳理知识梳理U外ItU外II2R即学即用即学即用判断下列说法的正误.(1)化学电池中，电源把化学能转化为电能，电源把这些能量全部输出到外电路.()(2)在外电路是非纯电阻电路时，外电路消耗的电能可用I2Rt表示.()(3)无论外电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，均可用EItU外ItU内It表示电路中的能量关系.()2题型探究一、电功、电热电功率、热功率公式的比较例例1(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.WUIt适用于任何电路，而WI2Rt t只适用于纯电阻电路
8、C.在非纯电阻电路中，UII2RD.焦耳热QI2Rt适用于任何电路 答案解析电功率公式P ，表示电功率越大，电流做功越快.对于一段电路，有PIU，I ，焦耳热Q()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错.WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I 只适用于纯电阻电路，B对.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UII2R，C对.QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D对.总结提升总结提升1.WUIt是电功的计算式，P电UI是电功率的计算式，适用于任何电路.QI2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热
9、量，P热I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率.2.只有在纯电阻电路中才有WQ，P电P热而在非纯电阻电路中WQ，P电P热.3.在纯电阻电路中，由UItI2Rt得I ，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中UItI2Rt知UIR，即欧姆定律不成立.二、纯电阻电路中的功率分配及计算例例2 额定电压都是110 V、额定功率PA100 W、PB40 W的灯泡两盏，若接在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是 答案解析判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有PUI ，可知RARB.对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有U
10、B110 V，B灯被烧毁，UA110 V，A灯不能正常发光.对于B电路，由于RBRA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU并，B灯烧毁.对于C电路，B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，两灯可以正常发光.对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110 V，两灯可以正常发光.比较C、D两个电路，由于C电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，而D电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110 V，所以C电路消耗电功率最小.总结提升总结提升针对训练针对训练1(多选)有三个电阻的阻值及额定功率分别为R110、P110 W，R220、P
11、280 W，R35、P320 W，它们组成的电路如图2甲、乙、丙所示，关于各图的说法正确的是A.图甲两端允许加的最大电压为60 VB.图乙干路允许流过的最大电流为3.5 AC.图丙两端允许加的最大电压为17.5 VD.以上说法均不正确图2 答案解析R110、P110 W，故I1 1 A，U1I1R110 V；同样R220、P280 W，故I22 A，U2I2R240 V；R35、P320 W，故I32 A，U3I3R310 V；图甲中三个电阻串联，取最小额定电流，故最大电流为1 A，故最大电压为：UI(R1R2R3)1(10205)V35 V，故A错误；图乙中三个电阻并联，取最小额定电压，最大
12、电压为10 V，I20.5 A，故最大电流为：II1I2I33.5 A，故B正确；图丙中R1与R2并联，取最小额定电压，故最大电压为10 V，故最大电流为：I1I21.5 A；并联部分与电阻R3串联，取最小额定电流，故最大电流为1.5 A，故电阻R3两端的电压为1.5 A5 7.5 V，所以丙图两端允许加的最大电压为：10 V7.5 V17.5 V，故C正确.例例3 如图3所示的电路中，电源电动势E10 V，内阻r0.5，电动机的电阻R01.0，电阻R11.5.电动机正常工作时，电压表的示数U13.0 V，求：(1)电源的总功率；三、非纯电阻电路功率的分析和计算 答案20 W解析图3电动机正常
13、工作时，总电流为 2 A，电源的总功率为P总EI102 W20 W.(2)电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率；答案12 W8 W解析电动机两端的电压为UEIrU1(1020.53.0)V6 V电动机消耗的电功率为：P电UI62 W12 W电动机的热功率为：P热I2R0221.0 W4 W根据能量守恒定律，电动机将电能转化为机械能的功率P机P电P热12 W4 W8 W(3)电源的输出功率.答案18 W解析电源的输出功率为P出P总P内P总I2r(20220.5)W18 W.总结提升总结提升解答有关电动机问题时注意：1.当电动机不转时可以看成纯电阻电路，PUII2R 均成立.2.当电动机正
14、常工作时，是非纯电阻电路P电UIP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.针对训练针对训练2(多选)如图4所示，一直流电动机与阻值R9 的电阻串联在电源上，电源电动势E30 V，内阻r1，用理想电压表测出电动机两端电压U10 V，已知电动机线圈电阻RM1，则下列说法中正确的是A.通过电动机的电流为10 AB.电动机的输入功率为20 WC.电动机的热功率为4 WD.电动机的输出功率为16 W 答案解析图4由E30 V，电动机两端电压为10 V可得R和电源内阻上分担电压为20
15、V，则I A2 A，故A错；电动机输入功率PUI10 V2 A20 W，故B正确；P热I2RM221 W4 W，故C正确；P输出PP热20 W4 W16 W，故D正确.达标检测31.下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为 答案4123解析型号DF938额定功率900 W额定电压220 V额定容量1.2 LA.6.8 A B.4.1 A C.1.2 A D.0.24 A由铭牌读出电热水壶额定功率为P900 W，额定电压为U220 V；由PUI得，电热水壶的额定电流为：4.1 A.41232.(多选)如图5所示，把四个相同的灯泡接
16、成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等.则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法正确的是A.U甲2U乙 B.U甲2U乙C.R甲4R乙 D.R甲2R乙 答案4123解析图5设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等，PU甲IU乙2I，得U甲2U乙；又由U甲2UIR甲，U乙U2IR乙，得R甲4R乙，故正确答案为B、C.41233.电阻R1、R2的IU图像如图6所示，则下列说法正确的是4123 答案解析A.R1R231B.将R1与R2串联后接于电源上，则电 压比U1U213C.将R1与R2并联后接于电源上，则电 流比I1I213D
17、.将R1与R2并联后接于电源上，则功 率比P1P213图6由图像可知，当I1 A时，U11 V，U23 V，3，则R1R213，A错.R1与R2串联时，U1U2R1R213，B正确.R1与R2并联时，I1I2R2R131，P1P2R2R131，C、D均错.41234.如图7所示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U12 V，电解槽内阻rA2，当S1闭合、S2断开时，理想电流表的示数为6 A；当S2闭合、S1断开时，理想电流表的示数为4 A，求：(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？4123图7 答案2 72 W解析电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得 2，其发热功率为：PRUI1126 W72 W.4123(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？答案16 W解析电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P热 422 W32 W，总功率为：P总UI2124 W48 W，故电能转化为化学能的功率为：P化P总P热(4832)W16 W.4123本课结束
