2022年知識講解--電功和電熱焦耳定律電阻定律-提高

1、電功和電熱、焦耳定律、電阻定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1理解電功和電功率，掌握電功和電功率的計算2知道焦耳定律的物理意義，掌握焦耳定律在生活中的應(yīng)用3從能量守恒和轉(zhuǎn)化理解電功和電熱的區(qū)別，知道純電阻電路和非純電阻電路.4理解電功、電功率以及焦耳熱的計算公式，能夠熟練地運(yùn)用其進(jìn)展計算；明確不同的電路中能的轉(zhuǎn)化情況，能夠區(qū)分電功和焦耳熱的不同、電功率和熱功率的不同。 5在非純電阻電路中能的轉(zhuǎn)化，電功和電熱的區(qū)別以及一些功率的意義如電源的總功率，發(fā)熱功率，額定功率，實(shí)際功率等。 6明確導(dǎo)體電阻的決定因素，能夠從實(shí)驗(yàn)和理論的兩個方面理解電阻定律，能夠熟練地運(yùn)用電阻定律進(jìn)展計算。【要點(diǎn)梳理】知識點(diǎn)一、電功和電功率1

2、電功(1)實(shí)質(zhì)：因電流是自由電荷在電場力作用下定向移動形成的，電流做的功，實(shí)質(zhì)上是電場力移動電荷做的功(2)表達(dá)式：設(shè)加在一段電路兩端的電壓為，流過電路的電流強(qiáng)度為，那么時間內(nèi)流過電路的電量.電場力移動電荷做的功.時間內(nèi)電流做功.說明：電流在一段電路上所做的功，跟這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時間成正比注意：電功適用于任何電路在純電阻電路中，由于，所以在純電阻電路中的電功可表示為.(3)單位：在國際單位中功的單位是焦耳，符號為，常見的電功單位還有：千瓦時，也稱“度，. (4)意義：電流做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，電流做了多少功，就說明有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功反映

3、了電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少2電功率(1)定義：電流所做的功跟完成這些功所用時間的比值，叫做電功率(2)公式：計算電功率的普適公式為和，對于純電阻電路，計算電功率還可以用公式和.(3)單位：在國際單位制中的單位是瓦，符號為，常用的還有千瓦，.(4)意義：電功率表示電流做功的快慢用電器的額定功率和實(shí)際功率：額定功率：用電器長期正常工作時的最大功率，也就是用電器加上額定電壓或通以額定電流時消耗的電功率。實(shí)際功率：用電器的實(shí)際工作時消耗的電功率。要點(diǎn)詮釋：為了使用電器不被燒毀，要求實(shí)際功率不能大于其額定功率。 知識點(diǎn)二、焦耳定律1焦耳定律：(1)1841年，英國物理學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量稱

4、為焦耳熱與電流 的平方、導(dǎo)體的電阻、通電時間成正比，這個規(guī)律叫焦耳定律。 .焦耳定律是一個實(shí)驗(yàn)定律。它的適用范圍很廣，純電阻電路、非純電阻電路在計算電熱時都用到它。(2)熱功率：單位時間內(nèi)導(dǎo)體的發(fā)熱功率叫做熱功率熱功率等于通電導(dǎo)體中電流的二次方與導(dǎo)體電阻的乘積 .(3)電功率與熱功率 對純電阻電路，電功率等于熱功率 即： .此時，可得 ,所以純電阻電路也可以說是歐姆定律成立的電路對非純電阻電路，電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除熱能外其他形式的功率之和即： .此時，可得 ,所以，對非純電阻電路歐姆定律不成立.2電熱1電熱：由于導(dǎo)體的電阻，使電流通過導(dǎo)體時消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一局部能量叫電熱。2內(nèi)

5、容：電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量等于電流的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時間的乘積。3公式：.4適用對象但凡要計算電熱，都應(yīng)首選，可求任何電路中電流通過電阻時所產(chǎn)生的熱量。 3熱功率的意義及計算1熱功率：單位時間內(nèi)發(fā)熱的功率叫作熱功率。熱功率即電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率， 即.2熱功率計算當(dāng)電路不是純電阻電路時，電功用來計算，電熱只能用進(jìn)展計算，電功率用計算，熱功率只能用計算。知識點(diǎn)三、電功和電熱的比擬對任何電路，電流做的功恒為；電流產(chǎn)生的熱恒為.1在純電阻電路中，由于，因此，即電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱2在非純電阻電路(像含有電動機(jī)、電解槽的電路)中，電流做的功只有很少一局部轉(zhuǎn)化為電熱，絕大局部轉(zhuǎn)化成(機(jī)械能或

6、化學(xué)能等)其他形式的能因此，即，根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知，在非純電阻電路中滿足：電功電熱其他形式的能，即例如，一臺電動機(jī)，額定電壓是，電阻是，在正常工作時通過的電流是，每秒鐘電流做的功為，而每秒鐘電流產(chǎn)生的熱為，可見，電功比電熱大得多其中為每秒鐘產(chǎn)生的機(jī)械能知識點(diǎn)四、電路中電功率和熱功率的計算方法1注意區(qū)別 “負(fù)載“負(fù)荷與“電阻“負(fù)載或“負(fù)荷是對用電器功率特征的一種習(xí)慣稱謂通常說“負(fù)載或“負(fù)荷大，是指用電器的功率大，并不是用電器的“電阻大在一般情況下，“負(fù)載大的用電器電阻反而小如“與的兩個燈泡，后者的功率大但電阻卻較小2注意區(qū)別純電阻電路與一般電路電路消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱(內(nèi)能)的電路稱為

7、純電阻電路，對純電阻電路有.電路消耗的電能并不完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一局部轉(zhuǎn)化為其它形式的能如機(jī)械能、化學(xué)能等，這種電路叫非純電阻電路，如電動機(jī)、電解槽的電路等。對非純電阻的電路有：，此時或，決不能亂套用公式。要點(diǎn)詮釋：對非純電阻電路計算電功率只能用，計算熱功率只能用. 知識點(diǎn)五、電動機(jī)工作過程的能量轉(zhuǎn)化 1電流做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電解槽把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；電熱器把電能轉(zhuǎn)化為熱能在真空中，電場力對電荷做正功時，減少的電勢能轉(zhuǎn)化為電荷的動能；在金屬導(dǎo)體中，在電場力作用下做加速運(yùn)動的自由電子頻繁地與離子碰撞，把定向移動的動能傳給離子，使離子熱運(yùn)動加劇，

8、將電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2.電動機(jī)的總功率輸入功率：總.3. 電動機(jī)的熱功率.4. 電動機(jī)的輸出功率機(jī)械功率：.5. 電動機(jī)的效率：.要點(diǎn)詮釋：注意區(qū)分電動機(jī)的幾種功率，從能量守恒角度去分析和考慮電動機(jī)問題。知識點(diǎn)六、 電阻定義及意義1導(dǎo)體電阻的定義及單位導(dǎo)體對電流的阻礙作用叫做導(dǎo)體的電阻，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān)，與電壓、電流均無關(guān)。1定義：導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流大小之比叫導(dǎo)體的電阻。2公式：.3單位：歐姆，常用單位還有千歐、兆歐 2物理意義反映導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小。要點(diǎn)詮釋：導(dǎo)體對電流的阻礙作用，是由于自由電荷在導(dǎo)體中做定向運(yùn)動時，跟導(dǎo)體中的金屬正離子或原子相碰撞發(fā)生的。電流

9、流經(jīng)導(dǎo)體時，導(dǎo)體兩端出現(xiàn)電壓降，同時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。提供了測量電阻大小的方法，但導(dǎo)體對電流的這種阻礙作用是由導(dǎo)體本身性質(zhì)決定的，與所加的電壓，通過的電流均無關(guān)系，決不能錯誤地認(rèn)為“導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與電流成反比。對，因與成正比，所以.知識點(diǎn)七、 電阻定律 1電阻定律的內(nèi)容及適用對象1內(nèi)容：同種材料制成的導(dǎo)體，其電阻與它的長度成正比，與它的橫截面積成反比；導(dǎo)體電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。2公式：.要點(diǎn)詮釋：式中是沿電流方向?qū)w的長度，是垂直電流方向的橫截面積，是材料的電阻率。3適用條件：溫度一定，粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解質(zhì)溶液。要點(diǎn)詮釋：電阻定律是通過大量實(shí)驗(yàn)得出的規(guī)律，

10、是電阻的決定式。導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，由導(dǎo)體本身的因素決定。 2電阻率的意義及特性1物理意義：電阻率是一個反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量，是導(dǎo)體材料本身的屬性，與導(dǎo)體的形狀、大小無關(guān)。2大?。?要點(diǎn)詮釋：各種材料的電阻率在數(shù)值上等于用該材料制成的長度為，橫截面積為的導(dǎo)體的電阻。3單位是歐姆·米，符號為.4電阻率與溫度的關(guān)系：各種材料的電阻率都隨溫度的變化而變化。金屬的電阻率隨溫度升高而增大，可用于制造電阻溫度計。有些合金如錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。各種金屬中，銀的電阻率最小，其次是銅、鋁，合金的電阻率大于組成它的任何一種純金屬的電阻率?！镜?/p>

11、型例題】類型一、純電阻電路功率分配與計算例1.電熱毯、電飯鍋等是人們常用的電熱式家用電器，它們一般具有加熱和保溫功能，其工作原理大致一樣如下圖為某種電熱式電器的簡化電路圖，主要元件有電阻絲、和自動開關(guān) 1當(dāng)自動開關(guān)閉合和斷開時，用電器分別處于什么工作狀態(tài)？2用電器由照明電路供電，設(shè)加熱時用電器的電功率為，保溫時用電器的電功率為，那么和分別為多大？【答案】1閉合時為加熱狀態(tài)，斷開時為保溫狀態(tài).2,.【解析】1由于是純電阻電路，當(dāng)開關(guān)閉合時，被短路，電路中只有，此時電器消耗的電功率為，斷開時，故閉合時為加熱狀態(tài)，斷開時為保溫狀態(tài).2閉合時，由得.斷開時，和串聯(lián)，由得 .【總結(jié)升華】在純電阻電路中，

12、均適用，可以根據(jù)電路的連接情況靈活選擇公式此題的難點(diǎn)是知道開關(guān)斷開與閉合時電路的連接情況舉一反三：【變式1】有兩個標(biāo)有“和“字樣的燈泡，要把它們接在的電源上，燈泡即能正常發(fā)光，又能省電的連接方式應(yīng)是圖中的哪個？ 【答案】D【變式2】把“的燈和“的燈串聯(lián)起來接到的電路中，導(dǎo)線的電阻不計，那么兩燈 A電阻之比 B電壓之比為C功率之比為 D電熱之比為【答案】ACD類型二、識別純電阻與非純電阻電路例2.一臺電風(fēng)扇的額定功率是,內(nèi)阻為，當(dāng)它接在的電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，求： 1電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，通過它的電流多大？每秒有多少電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能？ 2假設(shè)接上電源后，電風(fēng)扇因故不能轉(zhuǎn)動，這時通過它的電流多大？電風(fēng)扇實(shí)際

13、消耗的電功率多大？此時可能會發(fā)生什么問題？【答案】1；，(2)；電風(fēng)扇將被燒壞.【解析】1電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗的功率為額定功率,所以 由能量守恒定律得 ,.所以 . (2)電風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律得：,所以 . 實(shí)際消耗電功率 .由于電風(fēng)扇實(shí)際消耗的功率遠(yuǎn)大于其額定功率，且電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電風(fēng)扇將被燒壞.【點(diǎn)評】(1)正確識別純電阻電路域非純電阻電路。巧用能的轉(zhuǎn)化與守恒定律是分析求解該類題目的關(guān)鍵.2不要認(rèn)為有電機(jī)的電路一定是非純電阻電路，當(dāng)電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，應(yīng)視為純電阻電路，歐姆定律仍適用.舉一反三：【變式1】一直流電動機(jī)線圈的內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動，在線圈兩端加

14、電壓為時，電流為。松開轉(zhuǎn)軸，在線圈兩端加電壓為時，電流為，電動機(jī)正常工作。求該電動機(jī)正常工作時，輸入的電功率是多少？電動機(jī)的機(jī)械功率是多少？ 【答案】 【解析】此題考察的是電動機(jī)的功率問題，關(guān)鍵是分清電功和電熱的關(guān)系。電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動機(jī)線圈內(nèi)阻： . 電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械，其輸入的電功率為：.電動機(jī)的機(jī)械功率：.【總結(jié)升華】1此題是非純電阻電路，但電動機(jī)不轉(zhuǎn)時，可視為純電阻，這是此題的重要條件；電動機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能必須用來求?！咀兪?】例4、有一個直流電動機(jī)，把它接入電壓的電路時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得流過電動機(jī)的電流是

15、，假設(shè)把電動機(jī)接入電壓的電路中，電動機(jī)正常工作，工作電流是求：1電動機(jī)正常工作時的輸出功率多大?2如果在電動機(jī)正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動機(jī)的發(fā)熱功率是多大?【答案】(1) (2)【解析】1電動機(jī)在接入的電路時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得電流是，可知此時電功就等于電熱，根據(jù)歐姆定律，可求得線圈內(nèi)阻當(dāng)接入電壓時，電流為，電動機(jī)正常工作，可知此時輸入功率為線圈的發(fā)熱功率為，即電功大于電熱，以機(jī)械能形式輸出2如果在正常工作時電動機(jī)被卡住，那么電流做的功全部轉(zhuǎn)化為電熱，這時，類型三、根據(jù)銘牌和熱功率進(jìn)展計算例3一臺國產(chǎn)封閉型貯水式電熱水器的銘牌上所列的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示根據(jù)表中所提供的數(shù)據(jù)，計算出此電熱

16、水器在額定電壓下處于加熱狀態(tài)時，通過電熱水器的電流約為( )A. B C D【答案】A【解析】 由可知，該電熱水器在額定電壓下處于加熱狀態(tài)時的電流為：，應(yīng)選項(xiàng)A正確舉一反三：【變式】下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計其自身機(jī)械損耗假設(shè)該車在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛，那么() A.電動機(jī)的輸入功率為B電動機(jī)的內(nèi)電阻為C該車獲得的牽引力為D該車受到的阻力為【答案】AD.【解析】，故A正確，故B錯，故C錯，D正確類型四、 電阻定律例4兩根完全一樣的金屬裸導(dǎo)線，如果把其中一根均勻的拉長到原來的兩倍，把另一根導(dǎo)線對折后絞合起來，那么它們的電阻之比為多少？ 【答案】【解析】金屬

17、線原來的電阻為拉長后：，因?yàn)轶w積不變，所以.，對折后，所以，那么【總結(jié)升華】決定導(dǎo)體電阻大小的三因素是：導(dǎo)體的材料、長度和橫截面積，無論哪一個發(fā)生變化，導(dǎo)體的電阻都要發(fā)生改變，對此題對折前后和拉長前后導(dǎo)體的總體積均未發(fā)生變化。舉一反三：【變式1】直徑的細(xì)鉛絲通以的電流被熔斷，直徑的粗鉛絲通過的電流被熔斷，如果由長度一樣的根細(xì)鉛絲和一根粗鉛絲并聯(lián)為電路中的保險絲，那么通過 電流時，電路斷開。A B C D 【答案】B【解析】由，即，由并聯(lián)知識可求出 ，并注意到假設(shè)兩端加電壓，那么超過了粗鉛絲的熔斷電流，所以并聯(lián)鉛絲兩端只能加電壓，可求出總電流值為.【總結(jié)升華】1了解熔斷電流即為最大電流；2此題要

18、結(jié)合運(yùn)用串并聯(lián)電路知識和電阻定律來求解?！咀兪?】如下圖，均勻的長方形薄片合金電阻板，邊為，邊為，當(dāng)端點(diǎn)或接入電路時，是 A B C D【答案】D【變式3】如下圖，是一個外表均勻鍍有很薄電熱膜的長陶瓷管，其長度為，直徑為，鍍膜材料的電阻率為，膜的厚度為管兩端有導(dǎo)電金屬箍、現(xiàn)把它接入電路中，測得、兩端電壓為，通過它的電流為那么金屬膜的電阻率的值為： A B C D 【答案】C類型五、由伏安曲線進(jìn)展分析計算例5如下圖為通過某小燈泡的電流與其兩端的電壓關(guān)系圖線，試分析計算出其電壓為時小燈泡的電阻，并說明電阻的變化規(guī)律。 【答案】 電阻越來越大【解析】此題考察的是對圖象的理解，當(dāng)電壓為時，電流為，所以

19、有：.當(dāng)電壓為時，電流為，所以.由分析可知：電阻越來越大。 【總結(jié)升華】隨著電壓的升高，曲線的斜率越來越小，電阻越來越大，因此其電阻不是一個固定的值，其電阻隨溫度的升高逐漸變大。舉一反三：【變式1】如下圖，圖甲為一個電燈兩端電壓與通過它的電流的變化關(guān)系曲線由圖可知，兩者不成線性關(guān)系，這是由于焦耳熱使燈絲的溫度發(fā)生了變化的緣故，參考這條曲線答復(fù)以下問題(不計電流表內(nèi)阻，線路提供電壓不變)：(1)假設(shè)把三個這樣的電燈串聯(lián)后，接到電壓恒定為的電路上，求流過燈泡的電流和每個燈泡的電阻；(2)如圖乙所示，將兩個這樣的電燈并聯(lián)后再與的定值電阻串聯(lián)，接在電壓恒定為的電路上，求通過電流表的電流值以及每個燈的實(shí)

20、際功率【答案】(1)；，(2)；.【解析】(1)由于三個電燈完全一樣，所以每個電燈兩端的電壓為：，結(jié)合圖象可得當(dāng)時，.故每個電燈的電阻為：. (2)設(shè)此時電燈兩端的電壓為，流過每個電燈的電流為，由串聯(lián)電路的規(guī)律得.代入數(shù)據(jù)得.在圖甲上畫出此直線如下圖可得到該直線與曲線的交點(diǎn)()，即流過電燈的電流為，那么流過電流表的電流為.每個燈的功率為：.例6兩盞額定電壓為的白熾燈和的特性曲線如下圖，的額定功率約為_；現(xiàn)將和串聯(lián)后接在的電源上，電源的內(nèi)阻忽略不計此時的實(shí)際功率約為_【答案】 【解析】 此題考察的是曲線及額定功率和實(shí)際功率，關(guān)鍵是根據(jù)曲線找出額定電流和實(shí)際電流從伏安特性曲線可知，當(dāng)?shù)竭_(dá)額定電壓時

21、，通過的電流為，所以額定功率如果把與串聯(lián)接在的電源上，且，即，從圖象上可知，燈的實(shí)際功率 【總結(jié)升華】1此題中，燈泡的電阻在不同的電壓下阻值是不同的，所以不能用固定的電阻值來計算，這是易錯點(diǎn)，也是難點(diǎn)2此類題目要注意從圖象中獲取信息，怎樣將這些信息與所求量的公式聯(lián)系起來，靈活求解，這需要具有較高的讀圖識圖能力。類型六、正確理解電阻定律和歐姆定律例7以下說法正確的選項(xiàng)是()A由知，一段導(dǎo)體的電阻跟它兩端的電壓成正比，跟通過它的電流成反比B比值反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，即電阻C導(dǎo)體中電流越大，導(dǎo)體電阻越小D由知，通過一段導(dǎo)體的電流跟加在它兩端的電壓成正比【答案】BD【解析】 導(dǎo)體的電阻決于導(dǎo)體自身，與、無關(guān)，故A、C錯誤；比值反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用，是電阻的定義式，選項(xiàng)B正確；由歐姆定律可知，D項(xiàng)正確 舉一反三：【變式】在如下圖的電路中，為電源電動勢，為電源內(nèi)阻，和均為定值電阻，為滑動變阻器。當(dāng)?shù)幕瑒佑|點(diǎn)在端時合上開關(guān)，此時三個電表、和的示數(shù)分別為、和，現(xiàn)將的滑動觸點(diǎn)向端移動，那么三個電表示數(shù)的變化情況是 A. 增大，不變，增大 B. 減小，增大，減小C. 減小，不變，減小 D. 增大，減小，增大【答案】B【解析】電路構(gòu)造：、并聯(lián)后再與R3串聯(lián)，測通過的電流，測通過的電流，測路端電壓，的滑動觸點(diǎn)由滑向，阻值減小，電路總電阻減小，那么總電流增大；根據(jù)閉合電路歐姆定律知路