鲁科版 (2019)必修 第三册电功与电热学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册电功与电热学案，共7页。学案主要包含了电功和电功率，焦耳定律，身边的电热等内容，欢迎下载使用。


一、电功和电功率
W＝UIt，在科学研究中称为静电力做功，在生产生活中称为电流做功，简称电功。 eq \a\vs4\al([微点拨])
[情境思考]

如图所示，一段电路两端的电压为U，电路中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，形成电流I。则在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量q为多少？在这个过程中，静电力做了多少功？
二、焦耳定律
1．内容：电流通过导体产生的热量与______的二次方成正比，与导体的______及通电时间成______。
2．公式：Q＝________。
3．单位：焦耳，简称焦，符号为J。
4．微观解释：当导体内的电子在电场力作用下做定向运动时，会与金属离子不断______，在碰撞过程中把一部分动能传递给离子，使离子的热运动加剧，导致导体______。
5．纯电阻电路和非纯电阻电路
(1)纯电阻电路：电路中只含电阻，电流所做的电功与产生的热量______。
(2)非纯电阻电路：电路中还含有电动机等其他转换能量的装置，电流所做的电功与产生的热量________。
[情境思考]
如图所示，是一种过去常用的电炉子。
(1)该用电器电路是纯电阻电路，还是非纯电阻电路？
(2)电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线几乎不发热？
三、身边的电热
1．电水壶、电饭锅等家用电器都利用了电流的热效应，它们的电阻丝都由电阻率________的材料制成。
2．电阻焊就是在被焊接的金属接触面上通过______，利用接触电阻产生的______得到适合焊接的高温，对接触面进行焊接的。
3．插头和插座之间、电线连接处如果接触不良，都会产生大电阻，容易______，甚至迸出火花。
4．电视机和计算机显示器的后盖有很多孔，计算机的中央处理器上要安装散热片及风扇，都是为了______。
[情境思考]
电吹风工作时，将电能转化为什么能？电风扇工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？
强化点(一) 对电功与电功率的理解
任务驱动
当家中只开一盏节能灯时，电能表的表盘转得很慢，而用电烧水壶烧水时，电能表的表盘转得很快。
那么节能灯和电烧水壶在相同时间内，哪个用电器消耗电能多？哪个用电器的电功率大？
[要点释解明]
1．对电功的理解
(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小度量了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。
(3)电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用。
2．对电功率的分析
(1)电功率P＝eq \f(W,t)＝UI对任何电路都适用。
(2)额定功率和实际功率。
①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。
②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。
3．对电功、电功率的三点说明
(1)电功W＝UIt适用于任何电路。
(2)在纯电阻电路中，由于I＝eq \f(U,R)，所以电功可表示为W＝UIt＝I2Rt＝eq \f(U2,R)t。
(3)P＝UI适用于任何电路，在纯电阻电路中P＝UI＝I2R＝eq \f(U2,R)。
[题点全练清]
1．一种称作地中海电鳐的电鱼能够电击它的猎物，一般来说，在一次电击中它不必移动，就能引起0.20 kV电势差，以18 A的电流传送电荷，持续时间为1.5 ms，则在这次电击中( )
A．传输的电荷量为18 C
B．电鱼能将机械能转化为电能
C．电鱼的电器官功率为3.6 kW
D．电鱼的电器官所做的功为3 600 J
2.(2024·四川1月学考)如图所示是手电筒的电路图，小灯泡的额定电压是 2.5 V，额定电流是0.3 A。开关断开时，小灯泡两端的电压是________V；开关闭合时，小灯泡正常发光的功率是_________W。
强化点(二) 电功与电热的关系
[要点释解明]
1．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
2．对纯电阻电路和非纯电阻电路的三点说明
(1)电能全部转化成电热为纯电阻电路，电能转化成电热和其他形式的能为非纯电阻电路。
(2)非纯电阻电路只能用Q＝I2Rt计算电热，电功W＝UIt大于Q。
(3)对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转时是纯电阻电路。
3．电动机的功率和效率
(1)输入功率：电动机的总功率。由电动机电路的电流和电压决定，计算公式：P总＝UI。
(2)输出功率：电动机做有用功的功率。
(3)热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热，热功率P热＝I2r。
(4)功率关系：P总＝P出＋P热。
(5)电动机的效率：η＝eq \f(P出,P总)。
[典例] 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。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；重新调节滑动变阻器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。
尝试解答：
[变式拓展] 上述[典例]中，若电动机以v＝1 m/s 的速度匀速竖直向上提升重物，该重物的质量为多少？(g＝10 m/s2)
eq \a\vs4\al([思维建模])
电动机电路的分析与计算

[题点全练清]
1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝UIt＝I2Rt＝eq \f(U2,R) t，对任何电路都适用
C．U＝IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
2．服务型机器人无处不在，彰显着技术的魅力。如图所示，一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在输出电压为U的直流电源上，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是( )
A．电动机消耗的热功率为UI
B．电动机的输出功率为UI－I2R
C．流过电动机的电流为eq \f(U,R)
D．电动机的输入功率为I2R
第3节 电功与电热
eq \a\vs4\al(课前预知教材)
一、电流 UIt W 电能
[情境思考]
提示：在时间t内，通过这段电路上任一横截面的电荷量为q＝It，在这个过程中，静电力做功为W＝UIt。
二、1.电流 电阻 正比 2.I2Rt 4.碰撞 发热
5．(1)相等 (2)不相等
[情境思考]
提示：(1)纯电阻电路。
(2)电炉丝电阻较大，通电时间相同，电炉丝产生的热量较多。
三、1.较大 2.电流 热量 3.发热 4.散热
[情境思考]
提示：电吹风和电风扇都有电动机，它们将电能转化为内能和机械能，电熨斗工作时将电能转化为内能。
eq \a\vs4\al(课堂精析重难)
强化点(一)
[任务驱动] 提示：电烧水壶在相同时间内消耗电能多，对应电功率大。
[题点全练清]
1．选C 在这次电击中，传输的电荷量为q＝It＝18×1.5×10－3 C＝2.7×10－2 C，A错误；电鱼能将生物化学能转化为电能，B错误；通过电鱼的电器官的电流为18 A，电鱼的电器官功率为P＝UI＝0.2×103×18 W＝3.6×103 W＝3.6 kW，C正确；电鱼的电器官所做的功为W＝Pt＝3.6×103×1.5×10－3 J＝5.4 J，D错误。
2．解析：开关断开时，小灯泡右端与电源断开，两端的电压是0；
小灯泡正常发光的功率是P＝UI＝2.5×0.3 W＝0.75 W。
答案：0 0.75
强化点(二)
[典例] 解析：当电动机停止转动时，电流表和电压表的示数为0.5 A和1.0 V，电动机中只有线圈的电阻消耗电能，其阻值r＝eq \f(U1,I1)＝eq \f(1.0,0.5) Ω＝2 Ω
当电动机正常工作时，电流表、电压表示数分别为2.0 A和15.0 V，
则电动机的总功率P总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W
线圈电阻的热功率P热＝I22r＝2.02×2 W＝8.0 W
所以电动机的输出功率
P输出＝P总－P热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W。
答案：22.0 W 2 Ω
[变式拓展] 提示：P输出＝mgv，则m＝eq \f(P输出,gv)＝2.2 kg。
[题点全练清]
1．选D 由电功率公式P＝eq \f(W,t)知，电功率越大，表示电流做功越快，对于一段电路，有P＝UI，则焦耳热Q＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2Rt，可见Q与P、t都有关，所以，P越大，Q不一定越大，选项A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而W＝I2Rt＝eq \f(U2,R) t只适用于纯电阻电路，选项B错误；U＝IR只能用于纯电阻电路中，非纯电阻电路不适用，选项C错误；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中，选项D正确。
2．选B 电动机正常工作，消耗的热功率P＝I2R，A错误；电动机的输出功率P出＝UI－I2R，B正确；电动机所在的电路不是纯电阻电路，则流过电动机的电流I≠eq \f(U,R)，C错误；电动机的输入功率P电＝IU>I2R，D错误。课标要求
层级达标
1.理解电功、电功率及焦耳定律。
2.能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。
学考层级
1.初步形成电功与电热的概念。
2.通过对焦耳定律内容的理解，可以在熟悉的情境中分析解决问题。
选考层级
1.通过对电功与电功率、电热与热功率的综合分析，可以解释生活中的实际问题。
2.通过生活实例，能将电气设备耗能问题中的对象和过程转化成电功与电热问题。
3.通过分析生活中的用电现象，提出可探究的电功与电热问题。
电功
电功率
概念
电场力对定向移动的自由电荷所做的功
单位时间内______所做的功
公式
W＝qU＝______
P＝eq \f(W,t)＝UI
单位
焦耳，符号为J
瓦特，简称瓦，符号为______
物理
意义
描述______转化为其他形式的能的多少
描述电流做功的快慢
项目
纯电阻电路
非纯电阻电路
元件特点
电路中只有电阻元件
除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器
电流、电压、电阻三者的关系
遵循欧姆定律I＝eq \f(U,R)
不遵循欧姆定律，由W＝UIt＝I2Rt＋W其他知U>IR或I