高中物理 第二章 直流电路 第8讲 焦耳定律 电路中的能量转化学案 教科版选修3-1-教科版高二选修3-1物理学案VIP免费

第8讲焦耳定律电路中的能量转化[目标定位]1.知道并理解电功、电功率的概念，并能利用公式进行有关计算.2.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系.3.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.4.明确闭合电路中的功率及能量转化．一、电功和电功率1．电功(1)定义：电场力移动电荷所做的功．(2)定义式：W＝UIt.(3)单位：国际单位制：焦耳，符号：J．(4)实质：电能转化为其他形式的能．(5)适用条件：任何电路．2．电功率电流所做的功与做这些功所用时间的比值．(1)定义：单位时间内电流所做的功．(2)公式：P＝＝IU．(3)单位：国际单位制：瓦特，符号：W．(4)物理意义：表示电流做功的快慢．(5)适用条件：任何电路．深度思考(1)两个电阻串联，功率和电阻存在什么关系？(2)两个电阻并联，功率和电阻存在什么关系？答案(1)由P＝I2R知，串联电阻的功率与电阻成正比．(2)由P＝知，并联电阻的功率与电阻成反比．例1将两个定值电阻R1、R2并联在电压为U的电源两端，R1消耗的功率为P1，R2消耗的功率为3P1，当把它们串联在电压为4U的电源两端时，下列说法正确的是()A．R1两端的电压为UB．R2消耗的功率变小C．通过R2的电流变小D．两个电阻消耗的总功率为12P1解析当R1、R2并联在电压为U的电源两端时，两电阻两端的电压为U，根据P＝IU，功率之比等于电流之比，根据并联电路电流和电阻的关系，可知：R1＝3R2；当把它们串联在电压为4U的电源两端时，电路中的电流I＝＝，故通过R2的电流不变，电压不变，所以R2的电功率不变，仍为3P1，故B、C错误；R1两端的电压U1＝IR1＝×3R2＝3U，故A错误；两个电阻消耗的总功率P＝U′I＝4U·＝12P1，故D正确．答案D二、焦耳定律热功率1．焦耳定律：(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比．(2)表达式：Q＝I2Rt．(3)焦耳热：电流通过电阻而产生的热量．(4)适用条件：任何电路．2．热功率(1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值，即单位时间内电阻通电所产生的热量．(2)表达式：P热＝＝I2R．(3)适用条件：任何电路．深度思考电风扇、电冰箱消耗的电能等于I2Rt吗？电风扇、电冰箱消耗的电能转化成什么形式的能量？答案不等于；电风扇、电冰箱消耗电能没有全部转化为热能，有大部分转化为机械能，小部分转化为电热．例2一台电动机，额定电压为100V，电阻为1Ω.正常工作时，通过的电流为5A，则电动机因发热损失的功率为()A．500WB．25WC．1000WD．475W解析电动机的热功率P热＝I2r＝52×1W＝25W，B正确，A、C、D错误．答案B三、电路中的能量转化1．电源是将其他形式的能转化为电能的装置，电源转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和，即：IE＝IU＋I2r．2．纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路能量转化情况电功和电热的关系W＝Q即IUt＝I2Rt＝tW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他电功率和热功率的关系P＝P热，即IU＝I2R＝P＝P热＋P其他即IUt＝I2R＋P其他欧姆定律是否成立U＝IRI＝成立U＞IRI＜不成立例3如图1所示的电路中，电源电压为60V，内阻不计，电阻R＝2Ω，电动机的内阻R0＝1.6Ω，电压表的示数为50V，电动机正常工作，求电动机的输出功率．图1解析电动机正常工作时，电动机两端的电压U0＝50V，此时通过电路中的电流：I＝＝＝5A，电动机的输出功率P出＝U0I－I2R0＝210W.答案210W电动机的功率电动机的总功率(输入功率)：P入＝UI电动机的热功率P热＝I2r.电动机的输出功率(机械功率)：P出＝UI－I2r电动机的效率：η＝＝＝1－.说明：注意区分电动机的几种功率，从能量守恒角度去分析和考虑电动机问题．例4如图2所示的电路中，电源电动势E＝10V，内阻r＝0.5Ω，电动机的电阻R0＝1.0Ω，定值电阻R1＝1.5Ω.电动机正常工作时，电压表的示数U1＝3.0V，求：图2(1)电源释放的电功率；(2)电动机消耗的电功率及将电能转化为机械能的功率；(3)电源的输出功率．解析(1)电动机正常工作时，总电流为I＝＝A＝2A，电源释放的电功率为P释＝EI＝10×2W＝20W.(2)电动机两端的电压为U＝E－Ir－U1＝(10－2×0.5－3.0)V＝6V.电动机消耗的电功率为：P电＝UI＝6×2W＝12W.电动机消...