《5焦耳定律》教學(xué)設(shè)計(jì)(安徽省市級(jí)優(yōu)課)-物理教案

2.5焦耳定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解電功及電功率，理解電功和其他形式的能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。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.從能量的轉(zhuǎn)化和守恒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。一、電功和電功率(1)用電器通電后,可以將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。根據(jù)我們的生活經(jīng)驗(yàn)和所見(jiàn)所聞列舉常見(jiàn)的用電器,并說(shuō)明該用電器將電能主要轉(zhuǎn)化成什么能。(2)試從力的角度和能的角度分析電功的實(shí)質(zhì)是什么。從力的角度看:電流做功的實(shí)質(zhì)是靜電力對(duì)自由電荷做功。從能的角度看:電流做功過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程,電功的大小量度了電能的減少量,標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少。(3)如圖所示,一段電路兩端的電壓為U,電路中的自由電荷在靜電力的作用下發(fā)生定向移動(dòng),形成電流I。則在時(shí)間t內(nèi),通過(guò)這段電路上任一橫截面的電荷量q為多少?在這個(gè)過(guò)程中,靜電力做了多少功?q=ItW=qU=IUt。(4)電流做功不僅有多少,而且還有快慢,那么如何描述電流做功的快慢呢?用電器銘牌上所標(biāo)的功率有何意義?用電器銘牌上的功率指的是用電器的額定功率,即用電器能長(zhǎng)時(shí)間正常工作時(shí)的最大功率,用電器實(shí)際工作時(shí),其實(shí)際功率一般小于或等于額定功率。二、焦耳定律1．內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比．2．公式：Q＝I2Rt3．熱功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，P＝I2R例.一根60Ω的電阻絲接在36V的電源兩端，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量?三．電功與電熱純電阻電路：電流通過(guò)純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能．此時(shí)電功等于電熱W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t,電功率等于熱功率P＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).非純電阻電路：含有電動(dòng)機(jī)或電解槽的電路稱為非純電阻電路．在非純電阻電路中，電流做的功一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能，還有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．此時(shí)電功大于電熱：W＝UIt＝Q＋E其他>Q＝I2Rt，電功率大于熱功率：P＝UI＝P熱＋P其他>P熱＝I2R.1.某一電路中只含有某一電器元件，即白熾燈、電動(dòng)機(jī)、電爐、電熨斗、電飯鍋、電解槽其中的一種，分析哪些屬于純電阻電路，哪些屬于非純電阻電路．答案純電阻電路有：白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋；非純電阻電路有：電動(dòng)機(jī)、電解槽、2.在電流通過(guò)電水壺時(shí)，能量是如何轉(zhuǎn)化的？在電流通過(guò)電風(fēng)扇時(shí)，能量又是如何轉(zhuǎn)化的？答案在電水壺電路中，電流做的功即消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，即W＝Q.在電風(fēng)扇電路中，電流做的功即消耗的電能除一部分轉(zhuǎn)化為電熱之外，大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，即W＝Q＋E其他，此時(shí)W>Q.注：對(duì)于含有電動(dòng)機(jī)的電路，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)時(shí)是非純電阻電路，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)是純電阻電路．課堂總結(jié)W=Uit例.對(duì)計(jì)算任何用電器的電功率都適用的公式是（）A.P=I2RB.P=U2/RC.P=UID.P=W/t例.一臺(tái)電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為1Ω，接到120V的電源上．當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電流為10A(1)電動(dòng)機(jī)輸入功率是多少？(2)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率是多少？(3)輸出的機(jī)械功率是多少？鞏固訓(xùn)練1．下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法中正確的是()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W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只適用于純電阻電路C.在非純電阻電路中，UI>I2RD.焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路解析電功率公式P＝eq\f(W,t)，表示電功率越大，電流做功越快．對(duì)于一段電路，有P＝IU，I＝eq\f(P,U)，焦耳熱Q＝(eq\f(P,U))2Rt，可見(jiàn)Q與P、U、t、R都有關(guān)，所以P越大，Q不一定越大，A錯(cuò)．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，B對(duì)．在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C對(duì)．Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D對(duì).2.下.列關(guān)于電功率的說(shuō)法中，正確的是()A.用電器的額定功率與用電器的實(shí)際電壓和實(shí)際電流有關(guān)B.用電器的實(shí)際功率取決于用電器的額定功率C.白熾燈正常工作時(shí)，實(shí)際功率等于額定功率D.電功率越小，則電流做功越少答案C解析用電器的額定功率是它正常工作時(shí)的功率，其值是由用電器本身的結(jié)構(gòu)決定的，與實(shí)際電流和實(shí)際電壓無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)，C對(duì)；用電器實(shí)際功率的大小是由加在它兩端的電壓和通過(guò)它的電流決定的，B錯(cuò)；電流做功的多少不僅與功率的大小有關(guān)，還與通電時(shí)間有關(guān)，D錯(cuò).案BCD3.(非純電阻電路的特點(diǎn))如圖3所示，直流電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R，當(dāng)該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為I，則()圖3A.電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱功率為I2RB.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為IUC.電動(dòng)機(jī)的總功率為IUD.電動(dòng)機(jī)機(jī)械功率為IU－I2R答案ACD4.通過(guò)電阻R的電流為I時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為eq\f(I,2)，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A.4QB．2QC.eq\f(Q,4)D.eq\f(Q,2)答案D解析根據(jù)Q＝I2Rt得，當(dāng)電阻為2R，電流為eq\f(I,2)時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q′＝(eq\f(I,2))2×2R×t＝eq\f(1,2)I2Rt＝eq\f(Q,2)，D正確.5.額定電壓、額定功率均相同的電風(fēng)扇、電爐和日光燈，各自在額定電壓下正常工作了相同的時(shí)間．比較它們產(chǎn)生的熱量，結(jié)果是()A.電風(fēng)扇最多 B．電爐最多C.日光燈最多 D．一樣多答案B6.如圖1所示的電路中，L1、L2是兩個(gè)不同的小燈泡，a、b間有恒定的電壓，它們都正常發(fā)光，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是()圖1A.L1亮度不變，L2變暗B.L1變暗，L2變亮C.電路消耗的總功率變小D.流過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流變小答案BCD解析滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)阻值增大，并聯(lián)部分的電阻變大，分得電壓變大，所以L2兩端電壓增大，變亮，L1分得電壓變小，L1變暗，A錯(cuò)，B對(duì)．因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器連入電路的電阻變大，總電阻變大，由P＝eq\f(U2,R)可知，U一定，P減小，即電路總功率減小，C對(duì)．又因?yàn)榭傠娮柙龃?，總電流減小，而L2電壓變大，電流變大，所以流過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流減小，D正確.7.一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過(guò)相同的電流，在相同時(shí)間內(nèi)()A.電爐放熱與電動(dòng)機(jī)放熱相等B.電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓C.電爐兩端電壓等于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D.電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率答案ABD解析電爐屬于純電阻元件，電動(dòng)機(jī)屬于非純電阻元件，對(duì)于電爐有：U＝IR，放熱Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R.對(duì)于電動(dòng)機(jī)有：U>IR，放熱Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>I2R.8.如圖2所示的電路中，電源電壓為60V，內(nèi)阻不計(jì)，電阻R＝2Ω，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻R0＝1.6Ω，電壓表的示數(shù)為50V，電動(dòng)機(jī)正常工作，求電動(dòng)機(jī)的輸出功率．圖2解析電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓U0＝50V，此時(shí)通過(guò)電路中的電流：I＝eq\f(U,R)＝eq\f(E－U0,R)＝5A，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出＝U0I－I2R0＝210W.答案210W規(guī)律總結(jié)電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)機(jī)的總功率(輸入功率)：P入＝UI.電動(dòng)機(jī)的熱功率：P熱＝I2r.電動(dòng)機(jī)的輸出功率(機(jī)械功率)：P出＝UI－I2r.電動(dòng)機(jī)的效率：η＝eq\f(P出,P入)＝eq\f(UI－I2r,UI)＝1－eq\f(Ir,U).9.一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過(guò)相同的電流，在相同時(shí)間內(nèi)()A.電爐放熱與電動(dòng)機(jī)放熱相等B.電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓C.電爐兩端電壓等于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D.電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率答案ABD解析電爐屬于純電阻元件，電動(dòng)機(jī)屬于非純電阻元件，對(duì)于電爐有：U＝IR，放熱Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R.對(duì)于電動(dòng)機(jī)有：U>IR，放熱Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>I2R.10.(純電阻電路功率的計(jì)算)有規(guī)格為“220V1000W”的電爐，問(wèn)它在正常工作時(shí)的電阻；如果電壓只有200V，求它實(shí)際消耗的功率．答案48.4Ω826.4W解析由于電爐是純電阻電路，故P＝eq\f(U2,R)，則R＝eq\f(U2,P)＝eq\f(2202,1000)Ω＝48.4Ω當(dāng)電壓為200V時(shí)，則實(shí)際消耗的功率P′＝eq\f(U′2,R)＝eq\f(2002,48.4)W≈826.4W11.一臺(tái)電風(fēng)扇，內(nèi)阻為20Ω，接上220V電壓后，消耗功率66W．問(wèn)：(1)電風(fēng)扇正常工作時(shí)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是多少？(2)電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少？轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少？電動(dòng)機(jī)的效率是多少？(3)如果接上電源后，電風(fēng)扇的風(fēng)葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流以及電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？答案(1)0.3A(2)64.2W1.8W97.3(3)11A2420W2420解析(1)因?yàn)镻入＝IU所以I＝eq\f(P入,U)＝eq\f(66,220)A＝0.3A(2)電風(fēng)扇正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率P內(nèi)＝I2R＝0.32×20W＝1.8W電風(fēng)扇