高中物理滬科版2第四章熱機(jī)與能量轉(zhuǎn)化 2023版第3章第3節(jié)焦耳定律

第3節(jié)焦耳定律學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1．理解電功、電功率的概念、計(jì)算公式．(重點(diǎn))2．掌握焦耳定律并會(huì)用公式Q＝I2Rt計(jì)算電熱．(重點(diǎn))3．能識(shí)別純電阻電路與非純電阻電路，掌握電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系．(重點(diǎn)，難點(diǎn))電能eq\o([先填空])電功和電功率電功電功率概念電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的自由電荷所做的功單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功公式W＝qU＝UItP＝eq\f(W,t)＝UI單位焦耳，符號(hào)J瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)W物理意義描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少描述電流做功的快慢eq\o([再判斷])1．電流做功的過程中，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．(√)2．電流通過用電器時(shí)，電流做的功越多，說明用電器的電功率越大．(×)3．電功率越大，電流做功一定越快．(√)eq\o([后思考])家庭用電用“度”做單位，度是電功的單位，還是電功率的單位？【提示】度是電功的單位.1度＝1kW·h＝×106J.eq\o([合作探討])把一根大頭針插在一小塊硬紙片上，用漿糊把紙貼在臺(tái)燈的燈泡上，使大頭針的針尖朝上．然后用3張紙條做一小風(fēng)車，把風(fēng)車放在針尖上．打開臺(tái)燈，過一會(huì)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)起來：圖3-3-1探討1：這一過程，電流做功嗎？【提示】做功．探討2：風(fēng)車為什么轉(zhuǎn)動(dòng)？【提示】電流通過燈絲做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．周邊空氣溫度升高，形成對(duì)流，風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)起來．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．對(duì)電功的理解(1)從力的角度看，電流做功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功．(2)從能的角度看，電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，電功的大小量度了電能的減少量，標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少．(3)電功W＝UIt＝qU對(duì)任何電路都適用．2．對(duì)電功率的理解(1)電功率P＝eq\f(W,t)＝UI對(duì)任何電路都適用．(2)額定功率和實(shí)際功率①額定功率：用電器正常工作所消耗的功率；②實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下電流做功的功率．1．一個(gè)電阻接入某電路后，消耗的功率為110W，通過3C的電荷量時(shí)，有330J的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則下列說法錯(cuò)誤的是()A．電阻兩端所加電壓為330VB．通過電阻的電流為1AC．電阻通電時(shí)間為3sD．這個(gè)電阻的阻值為110Ω【解析】由W＝qU知，電阻兩端所加電壓U＝eq\f(W,q)＝110V，A錯(cuò)；由P＝IU得I＝eq\f(P,U)＝1A，B對(duì)；由W＝Pt得通電時(shí)間t＝eq\f(W,P)＝3s或t＝eq\f(q,I)＝eq\f(3,1)s＝3s，C對(duì)；由R＝eq\f(U,I)，得R＝110Ω，D對(duì)．【答案】A2．一臺(tái)國產(chǎn)XQB30-13型自動(dòng)洗衣機(jī)說明書中所列的主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)計(jì)算：額定電壓220V額定頻率50Hz額定洗衣、脫水功率360W額定洗衣、脫水容量3kg整機(jī)質(zhì)量33kg外形尺寸(長×寬×高)(542×550×920)mm3(1)這臺(tái)洗衣機(jī)在額定電壓下洗衣或脫水時(shí)，通過洗衣機(jī)的電流是多大？(2)如洗衣、脫水的累計(jì)時(shí)間為40min，則洗衣機(jī)耗電多少？【解析】(1)由說明書可知P＝360W，又由P＝UI可知I＝eq\f(P,U)＝eq\f(360,220)A＝1.64A.(2)W＝Pt＝360×40×60J＝×105J故消耗的電能為×105J.【答案】(1)1.64A(2)×105J幾個(gè)電學(xué)公式的適用范圍解答電流做功類的題目需掌握以下幾個(gè)重要公式，并理清它們的意義及適用條件．(1)電功W＝UIt＝qU普遍適用；(2)I＝eq\f(q,t)為電流的定義式，普遍適用；(3)I＝eq\f(U,R)只適用于純電阻電路．焦耳定律身邊的電熱eq\o([先填空])1．焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.(3)熱功率：電流通過用電器，單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，公式為P＝I2R.2．身邊的電熱各種電器在使用中都會(huì)放出大量的電熱，這就是電流的熱效應(yīng)．有的是利用這些電熱，如電熨斗、電飯鍋、電烘箱、電熱水器等；有的電器并不是利用它的電熱，這種電器要是散熱不及時(shí)會(huì)造成危害，如電動(dòng)機(jī)、電視機(jī)、變壓器等．eq\o([再判斷])1．根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導(dǎo)出電熱的公式，因此電功和電熱是完全相同的．(×)2．W＝UIt適用于任何電路求電功．(√)3．Q＝I2Rt適用于任何電路求熱量．(√)eq\o([后思考])用電爐燒水時(shí)，爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因？【提示】導(dǎo)線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的，通過它們的電流相等，而電爐絲的電阻比連接電爐絲的部分導(dǎo)線電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多．eq\o([合作探討])如圖3-3-2所示，地面上有一個(gè)電風(fēng)扇，圖3-3-2探討1：電風(fēng)扇正常工作時(shí)，電流做功電能轉(zhuǎn)化為什么能？此時(shí)是什么電路？【提示】轉(zhuǎn)化為扇葉的動(dòng)能和電風(fēng)扇的內(nèi)能，非純電阻電路．探討2：若電風(fēng)扇出現(xiàn)故障，扇葉卡住，電流做功轉(zhuǎn)化為什么能？此時(shí)是什么電路？?jī)煞N情況下的電流相同嗎？【提示】轉(zhuǎn)化為電風(fēng)扇的內(nèi)能，純電阻電路，不相同．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．兩種電路的比較電路純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻元件除電阻外還包括其他的電器元件電流、電壓、電阻三者的關(guān)系遵循歐姆定律I＝eq\f(U,R)不遵循歐姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U＞IR或I＜eq\f(U,R)能量轉(zhuǎn)化形式電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量能量轉(zhuǎn)化示意圖電器元件舉例電爐絲、白熾燈電動(dòng)機(jī)、電解槽、電風(fēng)扇2.電功與電熱(1)純電阻電路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t；P電＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).(2)非純電阻電路：電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，W>Q；電功率P＝UI，熱功率P熱＝I2R，P>P熱．3．(多選)關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法正確的是()A．電功率越大電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而電功計(jì)算式W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t適用于純電阻電路C．非純電阻電路中，UI＞I2RD．Q＝I2Rt適用于任何電路【解析】電功率越大，電流做功越快，但電路中產(chǎn)生的焦耳熱不一定越多，故A不正確；W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路，而I＝eq\f(U,R)只適用于純電阻電路，由此推導(dǎo)出的公式W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以C正確；Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中焦耳熱的計(jì)算，D正確．【答案】BCD4．規(guī)格為“220V36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω，求：(1)接上220V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率．【解析】(1)排氣扇在220V電壓下正常工作電流I＝eq\f(P,U)＝eq\f(36,220)A＝0.16A，發(fā)熱功率P熱＝I2R＝×40W＝1W，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率P機(jī)＝P－P熱＝(36－1)W＝35W.(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于純電阻，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)通過排氣扇的電流I′＝eq\f(U,R)＝eq\f(220,40)A＝5.5A；電動(dòng)機(jī)消耗的功率等于發(fā)熱功率P′＝P熱＝I