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人教版 (新课标)选修35 焦耳定律背景图ppt课件
展开灯泡接入电路中时,灯泡和电线中流过相同的电流,灯泡和电线都要发热,可是实际上灯泡热得发光,电线的发热却觉察不出来这是为什么?
假如在照明电路中接入大功率的电炉,电线将显著发热,有可能烧坏它的绝缘皮,甚至引起火灾。这又是为什么?
导体中有电流通过的时候,导体要发热,这种现象叫做电流的热效应。
a、电流流过电炉b、电流流过电解槽c、电流流过电风扇
→电能转化为化学能和热能
→电能转化为机械能和热能
电能转化为其它形式的能 电流做功
恒定电场对自由电荷的静电力作正功,电势能减小,其它形式的能增加。
提高认识:(1)电流做功的本质是静电力做功;(2)根据静电场的电势差的定义式推出电流做功的表达式。
2、度量方式:电势能减小量在数值上等于电功。
5、单位换算: J 1kWh=3.6×106J
1、引入目的:量度电能转化为其它形式的能的多少。
3、决定因素:电功与通过用电器的电量(通过用电器的电流和通电时间)和用电器两端的电压成正比。
6、测量方法:电能表、伏安法等。
1、引入目的:反映电流(静电力)做功的快慢程度。
3、决定因素:电功率与通过用电器的电流和用电器两端的电压成正比。
5、单位换算: W 1kW=103W
6、测量方法:电压表和电流表
电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关系。
(1)焦耳最早通过实验证明。
(1)文字表述。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。
4、适用条件:任何用电器。
1.器材:玩具电机1台、干电池2节、电压表和电流表各 1 只、导线若干。2.实验目的:请设法测出电风扇的直流电阻,以及电动机工作时总功率(电功率)和输出的机械功率。
3.实验步骤:取一个玩具小电机,其内阻R=1.0Ω,把它接在如图所示的电路中。
(1)先夹住电动机轴,闭合电键,电机不转。调整滑动变阻器的阻值,使电压表的示数为0.50 V,记下电流表的示数,算出小电机消耗的电功率和热功率,并加以比较。
(2)再松开夹子,使小电机转动,调整滑动变阻器的阻值,使电压表的示数为2.0 V(此电压为小电机的额定电压),记下电流表的示数,算出小电机消耗的电功率和热功率,并加以比较。
分析该电动机在不同情况下,电功率与热功率及机械功率之间关系,从能量守恒角度加以解释。
纯电阻电路
例1.要使“110V,40W”、“110V,100W”的两种灯泡接在220V的电路中都能正常发光,选择哪个电路;哪个最省电?
正常发光:达到额定电压、额定电流
例2.一台电风扇,内阻为20Ω,接上220V电压后,消耗的功率是66W。求: (1)电风扇正常工作时通过电动机的电流强度。 (2)电风扇正常工作时转化为机械能和内能的功率,电机的效率。 (3)如果接上电源后,扇叶被卡住,不能转动,求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。
分清输入电功率、消耗热功率、输出机械功率及它们之间的守恒关系是关键
1. 电功W 定义:在一段电路中电场力所做的功,也就是通常 说的电流所做的功,简称电功. 公式:W=UIt 单位:J
2. 电功率P 定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率 公式:P==W/t=UI 单位:W
1kWh=3.6×106J
小结:电功和电功率、电热和热功率
3. 焦耳定律 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。 公式:Q=I2Rt
公式:P热=Q/t=I2R 单位:W kW
导体在单位时间内发出的热量
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220JB. 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220WD. 1C正电荷从电势高端移到电势低端时,电场力做功220J
2.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的量度C.电场力做功是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
3. 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50WB.灯泡的实际功率为25WC.通过灯泡的电流为额定电流的1/2D.通过灯泡的电流为额定电流的1/4
4.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
5.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P甲和P乙,可以断定 ( ) A. P甲>P乙 B. P甲6. 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 ( )
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。
UR=U-UM= 50V,
P=IUM=5×100=500W
P热=I2r =25W
P机=P-P热=500-25=475W
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)
(1)电动机不转时为纯电阻电路,
r=U1/I1=0.5Ω
P电=I2U2=1×2=2W
P热=I22r=12×0.5=0.5W
电动机所做机械功的功率
P机= P机-P热=1.5W
(2)转子突然被卡住,电动机的发热功率为
P热=U22/r=22/0.5=8W
1. 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RA:RB:RC为 ( )A.1:1:1 B.1:2:2 C.2:1:1 D.1:4:4
B、C两个灯泡并联,UB=UC,
B、C两个灯消耗的实际功率相同,则由
P=U2/R,RB=RC,
IA=2IB=2IC,
RA:RB:RC =1:4:4
2.图中R1=4Ω,R2=9Ω,R3=18Ω。通电后( )A.经R1和R3的电流之比I1:I3=3:1B.R1两端的电压和R3两端的电压之比U1:U3=4:9C.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
3. 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
4.电阻R1=8Ω,R2=2Ω。如图甲电路中要使R1、R2消耗的功率相等,滑动变阻器阻值为_______,如图乙电路中要使R1、R2消耗的功率相等,滑动变阻器阻值为_______。
(2007年海南卷5)
5.一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36W与36V。若把此灯泡接到输出电压为18V的电源两端,则灯泡消耗的电功率 ( )A. 等于36W B. 小于36W,大于9 WC. 等于9W D. 小于36W
解:设灯泡接U=36V电压和U′=18V电压时的电阻分别为R、R′,电压减小,灯丝温度降低 ,电阻减小, R >R′。
6、某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示,重物质量m=50kg,电源提供恒定电压U=110V,不计各处摩擦,当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中电流强度I=5A,求电动机线圈电阻R(g=10m/s2)。
P机=mgv=50×10×0.9=450瓦
P电=UI=110×5=550瓦
∴P热=P电-P机=550-450=100瓦
∵P热=I2R=100瓦
电动机线圈的电阻为4Ω。
7.如图所示是电饭煲的电路图,S1是一个控温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103℃)时,会自动断开。S2是一个自动控温开关,当温度低于60℃时会自动闭合;温度高于80℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1=R2=500Ω,计算加热电阻丝R3=50Ω,两灯电阻不计。(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。
由于电饭煲散热,待温度下降至60℃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。
(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,这时黄灯被短路红灯亮,电饭煲处于加热状态,
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。
(3)加热时电饭煲消耗的电功率
保温时电饭煲消耗的电功率为
如果不闭合开关S1,开始S2总是闭合的,R1被短路,功率为P1,当温度上升到80℃时,S2自动断开,功率降为P2,温度降低到60℃ ,S2自动闭合。温度只能在60℃—80℃之间变化,不能把水烧开,不能煮熟饭。
(2)如果不闭合开关S1, 电饭煲不能将饭煮熟
定两只标有“110 V 40 W”的灯泡L1和标有“110 V 100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R,将它们接在220 V的电路中,在图2-5-3所示的几种接法中,最合理的是( )
【思路点拨】 该题所谓的最合理就是既能使两个灯泡正常发光,又能使滑动变阻器消耗的功率最小,此时电路中的电流应该最小.【精讲精析】 由L1(110 V,40 W),L2(110 V,100 W),可知R1>R2,由串、并联电流电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光,虽然B、C能使L1、L2同时正常发光,但B中P总=2(P1+P2),C中P总=2P2,所以选C.【答案】 C
【题后反思】 求解这类问题,首先要明确电路中各元件之间的连接关系,再利用串、并联电路的一些性质和功率分配关系.求出各元件消耗的功率.电路中消耗的总功率等于各元件消耗的功率之和.
变式训练1 如图2-5-4所示,R1和R2都是“4 W,100 Ω”的电阻,R3是“1 W,100 Ω”的电阻,则AB间允许消耗的最大功率是______W.
在研究微型电动机的性能时,可采用如图2-5-5所示的实验电路.当调节滑动变阻器R,使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V;重新调节R,使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V.求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻.
【思路点拨】 解答本题应把握以下两点:(1)电动机不转时相当于纯电阻,由欧姆定律求线圈电阻.(2)根据能量守恒求电动机正常运转时的输出功率.
【答案】 22.0 W 2 Ω【规律总结】 对于纯电阻电路和非纯电阻电路应从能量转化的角度区分,而不能简单地认为只要是电动机的电路就是非纯电阻电路.当电动机不转动时,消耗的电能全部转化为内能,此时它就是一个纯电阻.当电动机转动时,消耗的电能转化为机械能和内能,此时电路才是非纯电阻电路.
变式训练2 如图2-5-6所示,电路电压为60 V,内阻不计,电阻R=2 Ω,电动机的内阻R0=1.6 Ω,电压表的示数为50 V,电动机正常工作,求电动机的输出功率.
我们知道白炽灯是纯电阻器件,但是我们日常生活中的的确确看到白炽灯发出光。这不是矛盾吗?
其工作原理是:电流通过灯丝(钨丝,熔点达3000℃以上)时产生热量,螺旋状的灯丝不断将热量聚集,使得灯丝的温度达2000℃以上,灯丝在处于白炽状态时,就发出光芒。 从能量的转换角度看,电灯发光时,大量的电能将转化为热能,只有极少一部分可以转化为有用的光能。
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