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

第3節(jié)焦耳定律學習目標知識脈絡1．理解電功、電功率的概念、計算公式．(重點)2．掌握焦耳定律并會用公式Q＝I2Rt計算電熱．(重點)3．能識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，難點)電能eq\o([先填空])電功和電功率電功電功率概念電場力對定向移動的自由電荷所做的功單位時間內電流所做的功公式W＝qU＝UItP＝eq\f(W,t)＝UI單位焦耳，符號J瓦特，簡稱瓦，符號W物理意義描述電能轉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，電能轉化為其他形式的能．(√)2．電流通過用電器時，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張紙條做一小風車，把風車放在針尖上．打開臺燈，過一會發(fā)現(xiàn)，風車轉動起來：圖3-3-1探討1：這一過程，電流做功嗎？【提示】做功．探討2：風車為什么轉動？【提示】電流通過燈絲做功，把電能轉化為內能．周邊空氣溫度升高，形成對流，風車轉動起來．eq\o([核心點擊])1．對電功的理解(1)從力的角度看，電流做功的實質是電場力對自由電荷做功．(2)從能的角度看，電流做功過程是電能轉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，標志著電能轉化為其他形式的能的多少．(3)電功W＝UIt＝qU對任何電路都適用．2．對電功率的理解(1)電功率P＝eq\f(W,t)＝UI對任何電路都適用．(2)額定功率和實際功率①額定功率：用電器正常工作所消耗的功率；②實際功率：用電器在實際電壓下電流做功的功率．1．一個電阻接入某電路后，消耗的功率為110W，通過3C的電荷量時，有330J的電能轉化為內能，則下列說法錯誤的是()A．電阻兩端所加電壓為330VB．通過電阻的電流為1AC．電阻通電時間為3sD．這個電阻的阻值為110Ω【解析】由W＝qU知，電阻兩端所加電壓U＝eq\f(W,q)＝110V，A錯；由P＝IU得I＝eq\f(P,U)＝1A，B對；由W＝Pt得通電時間t＝eq\f(W,P)＝3s或t＝eq\f(q,I)＝eq\f(3,1)s＝3s，C對；由R＝eq\f(U,I)，得R＝110Ω，D對．【答案】A2．一臺國產XQB30-13型自動洗衣機說明書中所列的主要技術數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)計算：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整機質量33kg外形尺寸(長×寬×高)(542×550×920)mm3(1)這臺洗衣機在額定電壓下洗衣或脫水時，通過洗衣機的電流是多大？(2)如洗衣、脫水的累計時間為40min，則洗衣機耗電多少？【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幾個電學公式的適用范圍解答電流做功類的題目需掌握以下幾個重要公式，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)內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.(3)熱功率：電流通過用電器，單位時間內的發(fā)熱量，公式為P＝I2R.2．身邊的電熱各種電器在使用中都會放出大量的電熱，這就是電流的熱效應．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會造成危害，如電動機、電視機、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，爐盤內的電爐絲被燒得通紅，產生大量的熱，而連接電爐的導線卻不怎么熱，這是什么原因？【提示】導線跟電爐絲是串聯(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線電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時間內導線產生的熱量比電爐絲產生的熱量要少得多．eq\o([合作探討])如圖3-3-2所示，地面上有一個電風扇，圖3-3-2探討1：電風扇正常工作時，電流做功電能轉化為什么能？此時是什么電路？【提示】轉化為扇葉的動能和電風扇的內能，非純電阻電路．探討2：若電風扇出現(xiàn)故障，扇葉卡住，電流做功轉化為什么能？此時是什么電路？兩種情況下的電流相同嗎？【提示】轉化為電風扇的內能，純電阻電路，不相同．eq\o([核心點擊])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)能量轉化形式電流做功全部轉化為內能電流做功轉化為內能和其他形式的能量能量轉化示意圖電器元件舉例電爐絲、白熾燈電動機、電解槽、電風扇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，電路中產生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而電功計算式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，排氣扇轉化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉動，求電動機消耗的功率和發(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，轉化為機械能的功率P機＝P－P熱＝(36－1)W＝35W.(2)扇葉被卡住不能轉動后，電動機相當于純電阻，電能全部轉化為內能，此時通過排氣扇的電流I′＝eq\f(U,R)＝eq\f(220,40)A＝5.5A；電動機消耗的功率等于發(fā)熱功率P′＝P熱＝I