電功、電功率及焦耳定律(課件)（滬科版2020必修第三冊(cè)）

第十章電路及其應(yīng)用10.7電功、電功率及焦耳定律滬科版（2020）2022-2023學(xué)年高中物理同步備課系列必修第三冊(cè)目錄contents什么是電功？0102什么是電功率？03什么是電熱？04電功和電熱有什么區(qū)別？用電器可以把電能轉(zhuǎn)化成各種其他形式的能。電熨斗(圖10--60)、電熱毯、電飯煲和工業(yè)上用來(lái)冶煉鋼鐵的電弧爐，主要把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;洗衣機(jī)、電車主要把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能;電解池、電鍍裝置主要把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。我們知道，從--種形式的能轉(zhuǎn)化成另--種形式的能的過(guò)程需要做功。電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的過(guò)程實(shí)際上就是電流做功的過(guò)程。新課導(dǎo)入什么是電功？01（1）定義：電流所做的功叫做電功(electricwork)。電流做了多少功就表示有多少電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能。（2）電功實(shí)質(zhì):是導(dǎo)體中的電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用力做的功。設(shè)通過(guò)導(dǎo)體的恒定電流為I,導(dǎo)體兩端的電壓為U,則在時(shí)間t內(nèi)電流通過(guò)這段導(dǎo)體的電荷量為q=It,電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功為W=qU=UIt（3）定義式：W=qU=UIt適用于任何電路（4）電功的國(guó)際制單位:焦耳，簡(jiǎn)稱焦，符號(hào)是J。適用于純電阻電路W變形式：常用單位：千瓦時(shí)，俗稱“度”，符號(hào)是kW·h。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J什么是電功率？02（2）意義：電功率表示電流做功的快慢。（3）單位：在國(guó)際單位制中是瓦（W）

常用單位還有毫瓦（mW），千瓦（kW）。（1）電功率（P）定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率。（一段電路上的電功率P

等于這段電路兩端的電壓U

和電路中電流

I

的乘積）1

kW＝103

W＝106

mW=

10─3

MW適用于任何電路適用于純電阻電路P變形式：大家談日常生活使用的電器上都貼有一個(gè)銘牌，標(biāo)識(shí)該用電器的額定電壓、額定功率或額定電流等。如圖10-61所示是一臺(tái)電風(fēng)扇的銘牌，說(shuō)說(shuō)銘牌上標(biāo)識(shí)的電學(xué)量及其含義。產(chǎn)品名稱電風(fēng)扇額定電壓220V~額定功率50W（4）用電器的額定功率和實(shí)際功率①額定功率：用電器長(zhǎng)期正常工作時(shí)的____________，也就是用電器加上額定電壓(或通以額定電流)時(shí)消耗的電功率。（用電器銘牌上所標(biāo)稱的功率是額定功率）②實(shí)際功率：用電器____________時(shí)消耗的電功率。為了保證用電器不被損壞，要求實(shí)際功率不能大于其額定功率。最大功率

實(shí)際工作

示例1：浴霸的額定功率P=1.1kW、額定電壓U=220V。試問(wèn):該浴霸在正常工作時(shí)，通過(guò)的電流有多大?如果連續(xù)正常工作30min,消耗多少電能?

什么是電熱？03這個(gè)關(guān)系最初是物理學(xué)家焦耳用實(shí)驗(yàn)得到的，叫焦耳定律。適用于任何電路★電流熱效應(yīng)的實(shí)質(zhì)：電能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（熱能）。變形式：Q適用于純電阻電路★電流熱效應(yīng)：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。英國(guó)物理學(xué)家焦耳(J.P.Joule，1818-1889)經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)指出:電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q,與電流I的二次方、導(dǎo)體的電阻R和通電的時(shí)間t成正比。這就是焦耳定律(Joule'slaw),即（2）熱功率P熱：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率稱為熱功率。變形式：P=UI適用于任何電路適用于純電阻電路示例2一臺(tái)標(biāo)有“220V1000W”字樣的電熱水器在額定電壓下使用，1min產(chǎn)生多少熱量?如果電路電壓略有下降，降為210V,電熱水器1min放出的熱量又是多少?分析:電熱水器的電路可視作純電阻電路，電功率等于熱功率。當(dāng)電壓不是額定電壓時(shí)，電熱水器的實(shí)際功率就不是額定功率1000W。電功和電熱有什么區(qū)別？04(1)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______。(2)非純電阻電路：含有_________或___________的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中，電流做的功將電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為_(kāi)_________或_______。(3)電熱電動(dòng)機(jī)電解槽機(jī)械能化學(xué)能純電阻電路中：非純電阻電路中：電純電阻和非純電阻電路1.電動(dòng)機(jī)的功率(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率是電動(dòng)機(jī)消耗的總功率，(2)電動(dòng)機(jī)的熱功率是線圈上電阻的發(fā)熱功率，(3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率（機(jī)械功率）P入＝P總＝UI.P熱＝I2r.三者關(guān)系為：UI＝I2r＋P機(jī)

P出=P機(jī)＝UI－I2r含電動(dòng)機(jī)電路的分析1.電功和電功率W＝UIt是電功的計(jì)算式，P＝UI是電功率的計(jì)算式，適用于任何電路2.電熱和熱功率Q＝I2Rt是電熱的計(jì)算式，P熱＝I2R是熱功率的計(jì)算式，可以計(jì)算任何電路產(chǎn)生的電熱和熱功率3.純電阻電路與非純電阻電路(1)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(2)非純電阻電路：含有電動(dòng)機(jī)或電解槽等的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中，電流做功將部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，剩余部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其他形式的能?！練w納總結(jié)】4.純電阻電路與非純電阻電路的比較★電功與電熱的計(jì)算公式比較特別提醒：不管是純電阻電路還是非純電阻電路，計(jì)算電功時(shí)都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，熱量都可以用Q＝I2Rt，熱功率都可以用P＝I2R，若用變形式時(shí)，就要考慮是否是純電阻電路。電功率與熱功率1.區(qū)別電功率是指某段電路的全部電功率，或這段電路上消耗的全部電功率，決定于這段電路兩端電壓和通過(guò)的電流強(qiáng)度的乘積。熱功率是指在這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率。決定于通過(guò)這段電路電流強(qiáng)度的平方和這段電路電阻的乘積。2.聯(lián)系對(duì)純電阻電路，電功率等于熱功率。對(duì)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。典例分析05思考辨析×√×√×【例1】家庭用的電吹風(fēng)中，設(shè)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R1，它與電阻為R2的電熱絲相串聯(lián)，接到交流電源上．電吹風(fēng)兩端電壓為U，通過(guò)的電流為I，消耗的電功率為P，如圖所示，以下結(jié)論中正確的是（）A.P＞IU

B.P＝I2(R1＋R2)C.P＝IU

D.P＞I2(R1＋R2)CD【例2】關(guān)于三個(gè)公式P=UI，P=I2R，P=，以下說(shuō)法正確的是（）A.第一個(gè)公式普遍適用于求電功率，后兩式普遍適用于求熱功率B.純電阻電路中，三個(gè)公式既可適用于求電功率，又可適用于求熱功率C.在非純電阻電路中，第一個(gè)公式可適用于求電功率，第二個(gè)公式可用于求熱功率，第三個(gè)公式?jīng)]有意義D.由U=IR可知，三個(gè)公式?jīng)]有任何區(qū)別，它們表達(dá)相同的意義，所求P既是電功率，也是熱功率BC例1.一個(gè)電動(dòng)機(jī)，線圈電阻是0.4

，當(dāng)它兩端所加的電壓為220V時(shí)，通過(guò)的電流是5A。這臺(tái)電動(dòng)機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功有多少?答案：6.5×104J解:據(jù)能量守恒定律得:IUt=I2Rt+W故電動(dòng)機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功為:W=(IU-I2R)t=(5×22052×0.4)×60J=6.5×104J?！纠?】微型吸塵器的直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻一定，為1Ω，當(dāng)加在它兩端的電壓為2.0V時(shí)，電流為0.8A，且能正常工作。求：（1）它的額定輸入功率多大？（2）工作時(shí)由導(dǎo)線發(fā)熱損失的功率多大？（3）它的最大輸出功率多大？解析：電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)是非純電阻電路（1）額定輸入功率P額＝UI＝2×0.8W＝1.6W（2）電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率P熱＝I2R＝(0.8)2×1W＝0.64W（3）根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒，電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率P出＝P額－P熱＝0.96W答案：(1)1.6W(2)0.64W(3)0.96W【例6】如圖所示的電路中，電爐電阻R＝10Ω，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻r＝1Ω，電路兩端電壓U＝100V，電流表的示數(shù)為30A，問(wèn)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流強(qiáng)度為多少？通電一分鐘，電動(dòng)機(jī)做的有用功為多少？如圖所示為電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為r＝1Ω，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為5V，電路中的電流為1A，物體A重20N。忽略一切摩擦，求：(1)電動(dòng)機(jī)線圈電阻消耗的熱功率為多少？(2)電動(dòng)機(jī)輸入功率和輸出功率各是多少？(3)10s內(nèi)電動(dòng)機(jī)可以把重物勻速提升多高？(4)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率是多少？案例解析：電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，其電路為非純電阻電路，它從電源獲取的功率一部分轉(zhuǎn)化為線圈的熱功率，另一部分轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。(1)電動(dòng)機(jī)線圈上消耗的熱功率為P熱＝I2r