人教版 (新课标)选修3选修3-1第二章 恒定电流5 焦耳定律导学案

预习自学                                        编辑 曹万平   校对 刘红军

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。

3.              是电功的普适式，        是电功率的普适式，适用于任何电路。

4.        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）；        是热功率的计算式。

5.电流做功的实质：                                       

【合作探究】

一、电功和电功率

思考下列问题：

（1）电场力的功的定义式是什么? 2）电流的定义式是什么?

如图所示，一段电路两端的电压为U，由于这段电路两端有电势差，电路中就有电场存在，电路中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流I，在时间t内通过这段电路上任一横截面的电荷量q是多少?   这相当于在时间t内将这些电荷q由这段电路的一端移到另一端。在这个过程中，电场力做了多少功？　　　　　　　　　　　　　　

1.电功：（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功．

（2）公式：W=UIt（3）单位：J     kWh   1kWh=3.6×J

在相同的时间里，电流通过不同用电器所做的功一般不同。例如，在相同时间里，电流通过电力机车的电动机所做的功要显著大于通过电风扇的电动机所做的功。电流做功不仅有多少，而且还有快慢，为了描述电流做功的快慢，引入电功率的概念

2.电功率：1）定义：单位时间内电流所做的功叫做电功率。用P表示电功率。

（2）定义式：P=IU （3）单位：瓦（W）、千瓦（kW）  1kW＝W＝W

2.利用电功率的公式P=IU计算时，电压U的单位用V，电流I的单位用A，电功率P的单位就是W 。 3.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。   

二．焦耳定律 电流做功，消耗的是电能。电能转化为什么形式的能与电路中的电学元件有关。在纯电阻元件中电能完全转化成内能，于是导体发热。设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为R，通过的电流为I，试计算在时间t内电流通过此电阻产生的热量Q。

1.焦耳定律（1）内容：电流通过某导体，在时间t内产生的热量, 跟电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。2）公式：［说明］焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路．

  纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件．非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路． 2.热功率：（1）定义：  导体在单位时间内发出的热量（2）公式：P热=Q/t=（3）单位：W   kW

［说明］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．电功率与热功率

（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？

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

当堂检测

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

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

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.P   B.  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？

9．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？

课后练习与提高

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91W  B.小于91W  C.等于91W  D.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.1:1:1         B.1:2: 2      C.2:1:1        D.1:4:4

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      

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.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．

7.一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。
　　8.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。

9.一台国产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

当堂检测

1、D  2、BC  3、C  4、C  5、B  6、AD   7、1.5W，8W    8、31W 9、60％.

课后练习与提高   1、AC  2、B  3、D  4、AC  5、A   6、AD

7、P=IUM=5×100=500W   P热=I2r =25W　 P机=P-P热=500-25=475W

8、(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，