2021学年选修3-1第二章 恒定电流5 焦耳定律导学案

这是一份2021学年选修3-1第二章 恒定电流5 焦耳定律导学案，共9页。学案主要包含了知能准备，同步导学，同步检测，综合评价等内容，欢迎下载使用。
1.电流做功的多少等于 转化为其他形式能的数量；所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对 的 力在做功，电荷的 减小，其他形式的能在增加；公式：W= ，P= 。
2.电流通过用电器时把 能全部转化为 能，这样的电路叫做纯电阻电路。
【同步导学】
1.电功和电功率
（1）电功是电流通过一段电路时，电能转化为其他形式能（电场能、机械能、化学能或内能等）的量度。
（2）W= qU=UIt是电功的普适式，P= UI是电功率的普适式，适用于任何电路。
2.焦耳定律和热功率
（1）电热则是电流通过导体时，电能转化为内能的量度.
（2）Q=I2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I 通过电阻R时在t时间内产生的热量（电热）；P=I2R是热功率的计算式，
3.电功和电热
（1）在纯电阻电路中：电流通过用电器以发热为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。这时电能全部转化为内能，电功等于电热，即W=UIt=I2Rt=.同理P=UI=I2R=.
（2）在非纯电阻电路中：电流通过用电器是以转化为内能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等.这时电路消耗的电能，即W=UIt分为两部分，一大部分转化为其他形式的能（例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为电热Q=I2R t（电枢的电阻生热）.这里W=UIt不再等于Q=I2Rt，应该是W=E其他＋Q.
（3）电功和电热是两个不同的物理量，只有在纯电阻电路中，电功才等于电热，W=Q=UIt=I 2R t=；在非纯电阻电路中，电功大于电热，W>Q，这时电功只能用W=UIt计算，电热只能用Q=I2Rt计算，两式不能通用。
例1 一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V电压后，消耗功率66 W，问：
（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？
（2）电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？
（3）如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？
解答 （1）因为P入=IU
所以I= A=0.3 A
（2）电风扇正常工作时转化为内能的功率
P内=I2R=0.32×20 W=1.8 W
电风扇正常工作时转化为机械能的功率
P机=P入-P内=66 W-1.8 W=64.2 W
电风扇正常工作时的效率
η=×100%=97.3%
(3)电风扇风叶被卡住后电动机不转时可视为纯电阻，通过电风扇的电流
I= A=11 A
电动机消耗的电功率
P=IU=11×220 W=2420 W
电动机发热功率
P内=I2R=112×20 W=2420 W
4.串联和并联电路的功率分配
（1）串联电路：
①串联电路的总功率电压等于各部分电路的功率之和
②串联电路中各个电阻两端的电功率跟它们的阻值成正比
2. 并联电路：
①并联电路的总功率电压等于各部分电路的功率之和
②并联电路中通过各个电阻的电功率跟它的阻值成反比
例2 如图，已知R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为_________。
解：本题解法很多，注意灵活、巧妙。经过观察发现三只电阻的电流关系最简单：电流之比是I1∶I2∶I3=1∶2∶3；还可以发现左面两只电阻并联后总阻值为2Ω，因此电压之比是U1∶U2∶U3=1∶1∶2；在此基础上利用P=UI，得P1∶P2∶P3=1∶2∶6
（例2）
例3 已知如图，两只灯泡L1、L2分别标有“110V，60W”和“110V，100W”，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路（ ）
（例3）
解：A、C两图中灯泡不能正常发光。B、D中两灯泡都能正常发光，电流、电压都相同，因此消耗的电功率一定相等。可以直接看出：B图总功率为200W，D图总功率为320W，所以选B。
【同步检测】
1. 用电器两端电压220V，这意味着()
A.1A电流通过用电器时，消耗的电能为220J
B.1C正电荷通过用电器时，产生220J的热量
C.1A电流通过用电器时，电流的发热功率为220W
D.1C正电荷从电势高端移到电势低端时，电场力做功220J
2. 一灯泡标有“220V，100W”字样将其接到110V的电源上(不考虑灯泡电阻的变化)，则有()
A.灯泡的实际功率为50W
B.灯泡的实际功率为25W
C.通过灯泡的电流为额定电流的
D.通过灯泡的电流为额定电流的
3.下图电路中，电灯L1、L2都标有“220V，100W”；电灯L3、L4都标有“220V，40W”．将A、B两端接入电源，最暗的灯是 ( )
A．L1 B．L2 C．L3 D．L4
（第3题）
4.把两个相同的电灯分别接在图中甲、乙两个电路里，调节滑动变阻器，使两灯都正常发光，两电路中消耗的总功率分别为和，可以断定()
A.〉B.〈C.=D.无法确定
（第4题）
5. 输电线总电阻为r，输送的电功率是P，送电电压为U，则用户得到的功率为()
A.PB.C.D.
6.一个直流电动机所加电压为U，电流为 I，线圈内阻为 R，当它工作时，下述说法中错误的是 （ ）
A．电动机的输出功率为U2／R
B．电动机的发热功率为I2R
C．电动机的输出功率为IU-I2R
D．电动机的功率可写作IU=I2R=U2/R
7.有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A，若把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A。求：
（1）电动机正常工作时的输出功率 ；
（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器）
8. 某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下，以0.4m／s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9kW.不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为多少?(设人的平均质量为60kg)
9．某一电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大？
10．微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3 Ｖ的电压时，通过的电流为0.3 A，此时电动机不转，当加在电动机两端的电压为2.0 Ｖ时，电流为0.８ A，这时电动机正常工作，则吸尘器的效率为多少？
【综合评价】
1.关于电功，下列说法中正确的有()
A.电功的实质是电场力所做的功
B.电功是电能转化为内能
C.电场力做功使电能转化成其他形式能量的量度
D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
2. 一盏电灯直接接在恒定的电源上，其功率为100W，若将这盏灯先接上一段很长的导线后，再接在同一电源上，在导线上损失的电功率是9W，那么此时电灯实际消耗的电功率将( )
A.大于91WB.小于91WC.等于91WD.条件不足，无法确定
3. A、B、C三个灯泡如图所示的方式连接时，各自消耗的实际功率相同，则PA:PB:PC为( )
A.1:1:1B.1:2:2C.2:1:1D.1:4:4
（第3题）
4.图中R1=4Ω，R2=9Ω，R3=18Ω。通电后（ ）
A．经R1和R3的电流之比I1：I3=3：1
B．R1两端的电压和R3两端的电压之比U1：U3=4：9
C．三个电阻消耗的电功率之比P1：P2：P3=2：1：2
D．三个电阻消耗的电功率之比P1：P2：P3=2： 2：1
（第4题）
5. 两个电阻,R1=8Ω,R2=2Ω,并联在电路中．欲使这两个电阻消耗的电功率相等,可行的办法是（ ）
A．用一个阻值为2Ω的电阻与R2串联
B．用一个阻值为6Ω的电阻与R2串联
C．用一个阻值为6Ω的电阻与R1串联
D．用一个阻值为2Ω的电阻与R1串联
6.一定值电阻，通过2C的电荷量时，消耗的电能是8J，若在相同时间内通过4C的电荷量，那么电阻两端的电压和消耗的电能分别为()
A.4V，16JB.8V，16JC.4V，32JD.8V，32J
7．如图甲所示电路，滑动变阻器的最大电阻为R，负载电阻为R0。当滑动变阻器的滑动端S在某位置时，R0两端电压为U/2，滑动变阻器上消耗的功率为P。若将R0与电源位置互换，接成图乙所示电路时，滑动触头S的位置不变，则 （ ）
A．R0两端的电压将小于E/2
B．R0两端的电压将等于E/2
C．滑动变阻器上消耗的功率一定小于P
D．滑动变阻器上消耗的功率可能大于P
（第7题）
8. 图中M，N接稳压电源，a，b间断开时，Uab=120V，a，b间接入“220V，100W”的灯泡时，Uab=110V．则此时电源输入M、N的电功率为 （ ）
A．25W B．27．27W C．102．27W D．2．27W
（第8题）
9．如图所示，D为一插头，可接入电压恒定的照明电路中，a、b、c为三只相同且功率较大的电炉，a靠近电源，b、c离电源较远，而离用户电灯L很近，输电线有电阻。关于电炉接入电路后对电灯的影响，下列说法中正确的是（ ）
A．使用电炉a时对电灯的影响最大
B．使用电炉b时对电灯的影响比使用电炉a时大
C．使用电炉c时对电灯几乎没有影响
D．使用电炉b或c时对电灯影响几乎一样
（第9题）
10.一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为R，设通过它们的电流相同(电动机正常运转)，则在相同时间内()
A.电炉和电动机产生的热量相同
B.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
C.电炉两端电压小于电动机两端电压
D.电炉和电动机两端电压相等
11.一辆电瓶车，质量为500kg，由内阻不计的蓄电池组向直流电动机提供24V的电压，当电瓶车在水平地面上以0.8m/s的速度匀速行驶时，通过电动机的电流为5A，设车所受的阻力是车重的0.02倍（g=10m/s2），则此电动机的内阻是（ ）
A．4.8Ω B．3.2Ω C．1.6Ω D．0.4Ω
12.理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干。设电动机线圈电阻为R1 ，它与电热丝电阻值R2 串联后接到直流电源上，吹风机两端电压为U，电流为I消耗的功率为P，则有（ ）
A．B． C． D．
13.一个电阻为20Ω的导体，当它每通过3C电荷量时，电流做功18J，那么此导体两端所加电压为______V，通过3C电荷量所用时间为______s.
14. 把两个标有“6V、3W”和“6V、4W”的小灯泡串联，则串联电路允许达到的最大功率是 W；把这两个小灯泡并联，则并联电路允许达到的最大功率是 W。
15.一台电阻为2Ω的电动机，接在110V电路中工作时，通过电动机的电流为10A，则这台电动机消耗的电功率为______，发热功率为______，转化成机械功率为______，电动机的效率为______。
16.有一电风扇上标有“220V55W”，若风扇的电动机线圈电阻为8Ω，当它正常工作时，电源供给的电功率是______W，转化为风的电功率是______W，电动机的发热功率是______W.
17. 微型吸尘器中直流电动机的线圈电阻一定。当加在电动机上的电压为0.3V，电流为0.3A时，电动机不转动。当加在电动机上的电压为2.0V，电流为0.8A时，电动机正常工作。此时电动机内电热转换的电功率是 W；电能转化为机械能的功率是________W。
18.某地强风风速v=20m/s，风力发电机的扇叶总面积为S=20m2，若风能的70%转化为电能（即η=70%），其电功率为7×104W。那么利用上述物理量计算空气密度的表达式ρ=_____________，其大小是ρ=_____________。
19．某滑动变阻器上标有“20Ω、 0.2 A”字样，现将固定端A和滑动端P接在3V的电源上，并保持电压不变，如图所示。在P由B端向A端滑动过程中，AP段电阻允许消耗的最大功率是多少？这时AP段电阻值多大？
（第10题）
20.一小型水电站，给用户输电的导线的总电阻是10Ω，输送的电功率是20kW.若输电线在1h内因发热损耗的电能是1kW·h，那么该电站的输出电压是多少?用户得到的电压是多少?
21.一台直流电动机线圈电阻r =1Ω，与一阻值R=10Ω的电阻串联，当所加电压U=150V，电动机正常工作时电压表示数100V，求电动机消耗的功率及输出的机械功率。

（第21题）
22.如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103℃）时会自动断开；S2是一个自动温控开关，当温度低于60℃时会自动闭合，温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热状态时的指示灯，它在保温状态下是不亮的，黄灯是保温状态下的指示灯。限流电阻R1=R2=500Ω，加热电阻丝R3=50Ω，两灯的电阻不计。
（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程 （包括加热和保温的过程）。
（2）简要回答，如果不闭合开关S1，电饭煲能将饭煮熟吗？
（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。
（第22题）
23.一台国产XQB30—13型全自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表，试根据表中提供的数据计算：
(1)这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时，通过洗衣机的电流是多大?
(2)如洗衣、脱水的累计时间为40 min，则洗衣机耗电多少?
参考答案：
第五节 焦耳定律
【知能准备】1.电能 自由电荷 静电力 电势能 2.电 内
【同步检测】1D 2BC 3C 4C 5B 6AD 7、1.5W，8W 8、25人 9、31W
10、60％.
【综合评价】 1AC 2B 3D 4AC 5A 6D 7D 8 B 9、BD 10ABC 11C 12AD
13、6V，10s 14、11/3W 7W 15、1100W，200W，900W，82% 16、55；54.5；0.5
17、 0.64W、 0.96W 18、2p/Sv3η、 1.25kg/m3 19、0.6W，15Ω 20、1900V
21、P=IUM=5×100=500W P热=I2r =25W P机=P-P热=500-25=475W
22、(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时把手动开关S1关闭，这时黄灯短路红灯亮，电饭堡处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合待电饭煲中水烧干后，温度升高到103℃时.开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态由于电饭堡散热，待温度下降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新处于加热状态，待温度上升到80℃时，又自动断开，电饭煲再次处于保温状态.(2)不能，因为如果不闭合S1，则只能将食物加热至80℃.(3)设电饭煲处于加热状态时，功率为P1，
设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P2，则
所以P1:P2≈12:1
23、 (1)1.64 A;(2)8.64×105 J
额定电压
220 Ｖ
额定频率
50 Hz
额定洗衣、脱水功率
360 W
额定洗衣、脱水容量
3 kg
整机质量
33 kg
外形尺寸(长×宽×高)
(5４2×550×９20)ｍｍ3