高中物理人教版 (新課標(biāo))選修35 焦耳定律學(xué)案及答案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

5　焦耳定律學(xué) 習(xí) 目標(biāo)知識(shí) 脈絡(luò)1.理解電功和電功率的概念，知道電流做功的實(shí)質(zhì)．(重點(diǎn))2．理解電功和電熱的區(qū)別，會(huì)區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路．(難點(diǎn))3．理解電功率和熱功率．(重點(diǎn))4．會(huì)從能量守恒角度理解焦耳定律．(難點(diǎn)) 電功和電功率1．電功(1)定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流、通電時(shí)間三者的乘積．(2)公式：W＝IUt.(3)單位：國(guó)際單位是焦耳，符號(hào)是J.(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少．2．電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功．(2)公式：P＝IU.(3)單位：瓦特，符號(hào)是W.(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢1．電功與電能的單位相同，電功就是電能．(×)2．電功率越大，電功越大．(×)3．1千瓦時(shí)＝3.6×106 J．(√)用電器額定功率越大，接在電路中電流做的功越多，這樣說法對(duì)嗎？【提示】　不對(duì)，電流做功一方面與電功率有關(guān)，另一方面還與通電時(shí)間有關(guān)，只有電功率與時(shí)間乘積大時(shí)，電流做功才多．將額定電壓均為1.5 V，額定功率分別為0.3 W和0.5 W的小燈泡A、B串聯(lián)起來接在電壓為U的電源上，兩燈泡均發(fā)光．探討1：A、B兩燈泡的電壓能否同時(shí)達(dá)到額定電壓？【提示】　不能．探討2：A、B兩燈泡中，哪個(gè)燈泡更亮一些？【提示】　由R＝可知，RA＞RB，兩燈泡串聯(lián)時(shí)，由P＝I2R可知，PA＞PB，故A燈更亮一些．1．串聯(lián)電阻的功率分配(1)分配規(guī)律：各電阻上的電功率與電阻成正比，即＝，＝.證明：串聯(lián)電阻各部分電流相同，由P＝I2R知P1＝I2R1，P2＝I2R2，Pn＝I2Rn，P總＝I2R總，則＝，＝.(2)總功率：電阻消耗的總功率等于各電阻消耗的功率之和．證明：P總＝IU總＝I(U1＋U2＋…＋Un)＝IU1＋IU2＋…＋IUn＝P1＋P2＋…＋Pn2．并聯(lián)電阻的功率分配(1)分配規(guī)律：各支路電阻上的電功率與電阻成反比，即＝，＝.證明：并聯(lián)電阻各部分電壓相同，由P＝知P1＝，P2＝，Pn＝，P總＝，則＝，＝.(2)總功率：電路消耗的總功率等于各電阻消耗的功率之和，即P總＝P1＋P2＋…＋Pn.證明：P總＝IU＝(I1＋I2＋…＋In)U＝I1U＋I2U＋…＋InU＝P1＋P2＋…Pn.3．額定功率和實(shí)際功率的比較額定功率實(shí)際功率區(qū)別用電器上標(biāo)著的功率，即用電器正常工作時(shí)的功率．額定功率的大小是由用電器本身的因素決定的，與外加因素?zé)o關(guān)用電器實(shí)際工作時(shí)消耗的電功率．為了使用電器不被燒壞，要求其實(shí)際功率不能大于額定功率計(jì)算當(dāng)用電器兩端電壓達(dá)到額定電壓U額時(shí)，電流達(dá)到額定電流I額，電功率也達(dá)到額定功率P額，且P額＝U額I額，對(duì)于純電阻用電器P額＝IR＝用電器兩端的實(shí)際電壓為U實(shí)，實(shí)際電流為I實(shí)，則P實(shí)＝I實(shí)U實(shí)，對(duì)于純電阻用電器，P實(shí)＝IR＝聯(lián)系用電器兩端所加電壓為額定電壓時(shí)，用電器的實(shí)際功率等于額定功率注意無論用電器是否在額定電壓下工作，通常認(rèn)為用電器的電阻是恒定不變的，這是利用用電器的額定值計(jì)算實(shí)際功率的一個(gè)關(guān)鍵和橋梁1．如圖2-5-1所示，把兩個(gè)相同的燈泡分別接在甲、乙電路中，甲電路兩端的電壓為8 V，乙電路兩端的電壓為16 V．調(diào)節(jié)變阻器R1和R2使兩燈都正常發(fā)光，此時(shí)變阻器消耗的功率分別為P1和P2，兩電路中消耗的總功率分別為P甲和P乙，則下列關(guān)系中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：34522026】圖2-5-1A．P甲<P乙 B．P甲>P乙C．P1>P2 D．P1＝P2【解析】　由燈都正常發(fā)光可知，R1中電流是R2中電流二倍，R1兩端電壓是R2兩端電壓的二分之一，兩變阻器消耗的功率相等，兩電路中消耗的總功率相等，選項(xiàng)D正確，A、B、C錯(cuò)誤．【答案】　D2．額定電壓都是110 V，額定功率PA＝100 W，PB＝40 W的電燈兩盞，若接在電壓是220 V的電路上，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是(　　)A　　　　　　　　BC　　　　　　　　D【解析】　對(duì)燈泡有P＝UI＝，可知：RA<RB，對(duì)于A電路，由于RA<RB，所以UB>UA，且有UB>110 V，B燈被燒毀，UA<110 V不能正常發(fā)光，A錯(cuò)誤．對(duì)于B電路，由于RB>RA，A燈又并聯(lián)變阻器，并聯(lián)電阻更小于RB，所以UB>U并，B燈被燒毀．對(duì)于C電路，B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，兩燈可以正常發(fā)光．對(duì)于D電路，若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UA＝UB＝110 V，兩燈可以正常發(fā)光．比較C、D兩個(gè)電路，由于C電路中變阻器功率為(IA－IB)×110，而D電路中變阻器功率為(IA＋IB)×110，所以C電路消耗電功率最?。?/span>【答案】　C求解功率的三個(gè)技巧(1)在純電阻電路中，比較用電器的電功率時(shí)，要根據(jù)已知條件靈活選用公式，如用電器電流相同時(shí)，用P＝I2R比較；若電壓相同時(shí)，用P＝比較；若電阻相同時(shí)，可根據(jù)I或U的關(guān)系比較．(2)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題，比例法求解會(huì)使問題簡(jiǎn)化，但一定要明確是正比還是反比關(guān)系．(3)當(dāng)求解用電器的功率時(shí)，要明確求解的是什么功率．實(shí)際功率與額定功率不一定相等．焦耳定律1．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比．2．表達(dá)式：Q＝I2Rt.3．熱功率1．電流流過筆記本電腦時(shí)，電功一定等于電熱．(×)2．根據(jù)I＝可導(dǎo)出P＝，該公式用于任何用電器．(×)3．電流通過電解槽時(shí)，電功大于電熱．(√)標(biāo)有“220 V　40 W”的白熾燈泡和“220 V　40 W”的電動(dòng)機(jī)，把它們并聯(lián)后接到220 V的照明電路中，二者都能正常工作，它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？【提示】　不同，“220 V　40 W”白熾燈通電時(shí)將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而“220 V　40 W”的電動(dòng)機(jī)，通電后消耗的電能一部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能另一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．如圖2-5-2所示，電壓U恒為12 V，燈泡L上標(biāo)有“6 V　12 W”，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻RM＝0.50 Ω.圖2-5-2探討1：燈泡L上流過的電流是否可以用IL＝求解？為什么？【提示】　不可以，因?yàn)橛须妱?dòng)機(jī)工作的電路不是純電阻的電路．探討2：若燈泡恰好正常發(fā)光，則電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱功率各多大？【提示】　P＝IMUM＝(U－UL)＝12 W.P熱＝IRM＝()2·RM＝2 W.1．純電阻電路和非純電阻電路純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻元件電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器電流、電壓、電阻三者的關(guān)系遵循歐姆定律I＝不遵循歐姆定律，U>IR或I<能量轉(zhuǎn)化形式電流做功，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈電動(dòng)機(jī)、電解槽2.電功與電熱的比較純電阻電路非純電阻電路能量轉(zhuǎn)化電功W＝UIt＝I2Rt＝tW＝UIt電熱Q＝UIt＝I2Rt＝tQ＝I2Rt關(guān)系W＝QW＞Q3.電功率與電熱功率的比較純電阻電路非純電阻電路電功率P電＝UI＝I2R＝P電＝UI熱功率P熱＝UI＝I2R＝P熱＝I2R關(guān)系P電＝P熱P電＞P熱3．下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中錯(cuò)誤的是(　　)A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，UI>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路【解析】　電功率公式為P＝，功率越大，表示電流做功越快．對(duì)于一段電路，有P＝IU，I＝，焦耳熱Q＝()2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)．所以，P越大，Q不一定越大，A錯(cuò)；W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路，而I＝只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正確；Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確．【答案】　A 4．(多選)如圖2-5-3所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖，其中電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻r＝1 Ω，電路中另一電阻R＝9 Ω，直流電壓U＝180 V，理想電壓表示數(shù)UV＝135 V，電動(dòng)機(jī)正以v＝1 m/s勻速豎直向上提升某重物，g取10 m/s2，下列判斷正確的是(　　)圖2-5-3A．通過電動(dòng)機(jī)的電流是18 AB．輸入電動(dòng)機(jī)的電功率是675 WC．電機(jī)的輸出功率是25 WD．重物的質(zhì)量是65 kg【解析】　通過R的電流為：I＝＝A＝5 A，故A錯(cuò)誤；電動(dòng)機(jī)的輸入功率為：P1＝UVI＝135×5 W＝675 W，故B正確；電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻的發(fā)熱功率為：P2＝I2r＝52×1 W＝25 W，輸出的機(jī)械功率為：P3＝P1－P2＝(675－25)W＝650 W，故C錯(cuò)誤；P3＝Fv＝mgv，解得：m＝＝65 kg，故D正確．【答案】　BD電功、電熱的計(jì)算方法(1)判斷電路中的用電器是純電阻用電器還是非純電阻用電器．(2)分析各用電器之間的連接方式，對(duì)純電阻電路，計(jì)算時(shí)可以利用串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)或并聯(lián)電路的分流特點(diǎn)．(3)由所求問題選取合適的公式，在非純電阻電路中計(jì)算電功只能用W＝UIt，計(jì)算電熱只能用Q＝I2Rt.歐姆定律的變形式在純電阻電路中才能通用．(4)對(duì)于含電動(dòng)機(jī)的電路，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是非純電阻用電器，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是純電阻用電器．

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