電功與電熱高二上學(xué)期物理魯科版（2019）必修第三冊

第三章恒定電流3.3電功與電熱電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程就是電流做功的過程。消耗了多少電能，電流就做了多少功。在生產(chǎn)生活中，電燈把電能轉(zhuǎn)化為光能，電動機把電能轉(zhuǎn)化為動能，電熱器把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能…，電能如何轉(zhuǎn)化為其他形式的能的呢？電功和電功率1.電功(1)自由電荷在電場力的作用下定向移動而形成電流，電場力對自由電荷做的功，稱為電功。(2)公式：如果電路兩端的電壓為U，電流為I，在時間t內(nèi)電流做的功W＝UIt。(3)1kW·h＝3.6×106J。

1.(來自教材改編)功率為10W的發(fā)光二極管(LED燈)的亮度與功率為60W的白熾燈相當。根據(jù)國家節(jié)能戰(zhàn)略，普通白熾燈應(yīng)逐步被淘汰。假設(shè)每戶家庭有兩只60W的白熾燈，均用10W的LED燈替代，估算出全國一年節(jié)省的電能最接近A.7.3×108kW·h B.7.3×1010kW·hC.7.3×1011kW·h D.7.3×1013kW·h√2.(2023·福建三明一中高二期中)一只燈泡標有“220V,110W”字樣，將其接到110V的電源上(不考慮燈泡電阻的變化)，則有A.燈泡的實際功率為110WB.燈泡的實際功率為55WC.通過燈泡的電流為0.5AD.通過燈泡的電流為額定工作電流的√浴室電熱水器結(jié)構(gòu)圖電流通過電氣設(shè)備時，導(dǎo)體一般會產(chǎn)生一定的熱量，這就是電流的熱效應(yīng)。電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)呢？與通過導(dǎo)體的電流、導(dǎo)體的電阻及通電時間有關(guān)。焦耳定律焦耳定律(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)體的電阻及通電時間成正比。(2)公式：Q＝I2Rt。(3)單位：在國際單位制中，熱量Q的單位是焦耳J。(4)電熱的意義：電熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度，用公式Q＝I2Rt計算。

熱功率焦耳定律討論了電路中電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的情況，但是實際中有些電路除含有電阻外還含有其他負載，如電動機，下面我們以電動機為例，討論其能量轉(zhuǎn)化。沒有，不成立.因為電能只有部分轉(zhuǎn)化為機械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。1.電流通過電動機做功，將電能全部轉(zhuǎn)化成機械能了嗎？即“P機＝P電”成立嗎？為什么？2.若電路中的電流為I，電動機線圈的電阻為R，則P熱等于什么？P熱＝I2RP電＝P機＋P熱3.電功率、熱功率和轉(zhuǎn)化為機械能的功率三者什么關(guān)系？純電阻：

電能

→

內(nèi)能非純電阻：電能

→

內(nèi)能

+

其它形式的能Q=I2RtW=UIt=WW-QQUItI2Rt＞電功率=熱功率：P=P熱

=UI=I2R電功率：P=UI熱功率：P熱=I2R其它形式功率：P其它=UI-I2R說明：歐姆定律適用于純電阻！注意：歐姆定律不適用于非純電阻！RM(1)電動機的總功率(輸入功率)：P總＝UI。(2)電動機的發(fā)熱功率：P熱＝I2R。(3)電動機的輸出功率(機械功率)P機＝P總－P熱＝UI－I2R。電動機的簡單模型及其功率、效率(1)電熱Q＝I2Rt可以用來計算所有含有電阻的電路中產(chǎn)生的焦耳熱。(

)(2)任何電路中的電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，且W＝Q。(

)(3)電功W＝UIt在任何電路中都適用，Q＝I2Rt只在純電阻電路中適用。(

)(4)電動機消耗的電能，一部分轉(zhuǎn)化為機械能，一部分轉(zhuǎn)化為線圈電阻產(chǎn)生的電熱。(

)×√√×3.(2023·福建福州市高二期中)如圖所示為直流電動機提升重物裝置，電動機的內(nèi)阻一定，閉合開關(guān)K，當把它接入電壓為U1＝0.2V的電路時，電動機不轉(zhuǎn)，測得此時流過電動機的電流是I1＝0.5A；當把電動機接入電壓為U2＝4.0V的電路中，電動機正常工作且電動機勻速提升重物，工作電流是I2＝1.0A，求：(1)電動機線圈的電阻r；(2)當U2＝4.0V電動機正常工作時的輸出功率；(3)如果重物質(zhì)量m＝1.0kg，當U2＝4.0V時電動機提升重物的速度大小是多少？(g取10m/s2答案(1)0.4Ω

(2)3.6W

(3)0.36m/s電動機做功往往視為非純電阻電路問題，但如果電風扇通電后由于某種原因被卡住，導(dǎo)致扇葉不轉(zhuǎn)動，此時電動機做功視為純電阻電路問題。4.(2022·河北行唐啟明中學(xué)月考)如圖所示，A為電解槽，M為電動機，N為電爐子，恒定電壓U＝12V，當S1閉合，S2、S3斷開時，電流表示數(shù)為6A；當S2閉合，S1、S3斷開時，電流表示數(shù)為5A，且電動機的內(nèi)阻rM＝1Ω；當S3閉合，S1、S2斷開時，電流表示數(shù)為4A，且電解槽內(nèi)阻rA＝2Ω。求：(1)電爐絲的電阻及發(fā)熱功率；(2)電動機的機械效率；(3)在電解槽工作時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率。答案(1)2Ω

72W

(2)58.3%

(3)16W純電阻電路與非純電阻電路的比較比較項目純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件，如電阻、電爐絲、小燈泡電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的用電器，如電動機、電解槽歐姆定律能量轉(zhuǎn)化電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能：

W＝UIt，Q＝I2Rt，W＝Q＋E其他功率特點電功率等于熱功率：電功率等于熱功率與其他功率之和：P電＝UIP熱＝I2RP電＝P熱＋P其他1.電熱流效應(yīng)的應(yīng)用如電飯鍋、電熨斗、電暖器等(如圖)都是利用電流的熱效應(yīng)工作的。2.電流熱效應(yīng)的危害如果插頭和插座之間接觸不良會迸出火花。在輸電線路中由于電熱降低了電能的傳輸效率，如果電流過大，散熱不好，還可能燒壞電線的絕緣層，引起漏電、觸電等事故。身邊的電熱5.(多選)(2022·福建三明市高二檢測)室內(nèi)有幾種用電器，1.0kW的電磁爐