一、 電功和電功率情景導(dǎo)引：如圖所示,已知電路兩端的電勢(shì)差為U,電路中的電流為I,在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某截面的電荷量是多少?把這些電荷從左端移到右端,電場(chǎng)力做功是多少?電流做功的功率是多少？
解：（1）由電流的定義式可得通過(guò)某截面的電荷 q=It, （2）根據(jù)靜電力做功的公式W=qU可得，W=IUt。（3）由功率的公式 得P = UI
知識(shí)歸納1.對(duì)電功的理解(1)從力的角度看,電流做功的實(shí)質(zhì)是靜電力對(duì)自由電荷做功。(2)從能的角度看,電流做功過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程,電功的大小量度了電能的減少量,標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少。(3)電功W=UIt=qU對(duì)任何電路都適用。2.對(duì)電功率的理解(1)電功率P= W/t =UI對(duì)任何電路都適用。(2)額定功率和實(shí)際功率①額定功率:用電器正常工作所消耗的功率。②實(shí)際功率:用電器在實(shí)際電壓下電流做功的功率。為了使用電器不被燒毀,要求實(shí)際功率不能大于其額定功率。
3.串、并聯(lián)電路中的功率關(guān)系
畫(huà)龍點(diǎn)睛 串聯(lián)電路中大電阻功率大,并聯(lián)電路中小電阻功率大,無(wú)論串聯(lián)與并聯(lián),總功率都是各個(gè)電阻消耗的電功率之和。
例2.正誤判斷。(1)電功與電能的單位都是焦耳,電功就是電能。 (　　)解析:電功是過(guò)程量,電能是狀態(tài)量,兩者只是單位相同,有本質(zhì)的區(qū)別,電能的變化要依靠電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn),電流做功的過(guò)程就是電能向其他形式的能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。答案:×(2)電流做功的過(guò)程就是電能向其他形式的能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。 (　　)解析:功是能量轉(zhuǎn)化的量度,電流做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。答案:√(3)電功率越大,表示電流做功越多。 (　　)解析:電功率表示電流做功的快慢,電功率大,表示電流做功快,但做功不一定多。答案:×(4)W=UIt適用于任何電路求電功。 (　　)答案:√
二、焦耳定律情景導(dǎo)引(1)某一電路中只含有某一元件,即白熾燈、電動(dòng)機(jī)、電爐、電容器、電熨斗、電飯鍋、電解槽其中的一種,分析哪些屬于純電阻電路,哪些屬于非純電阻電路。(2)純電阻電路中,消耗的電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能? 非純電阻電路中,消耗的電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能?
答案(1)純電阻電路有:白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋;非純電阻電路有:電動(dòng)機(jī)、電解槽、電容器。(2)內(nèi)能和其他形式的能。
1.純電阻電路和非純電阻電路的比較
2、電路中產(chǎn)生的熱量Q與電功W及熱功率與電功率的關(guān)系
電流通過(guò)一段有純電阻元件構(gòu)成的電路時(shí),電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，即電流在這段電路中做的功W等于這段電路產(chǎn)生的熱量Q，則 Q=W=UIt又因?yàn)槭羌冸娮桦娐罚杂蓺W姆定律U=IR得 Q=UIt=I2Rt(又因?yàn)槭羌冸娮桦娐?，所以由歐姆定律 得Q=UIt= )綜上所述，在純電阻電路中電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q=W=UIt=I2Rt= 即，電流通過(guò)導(dǎo)體（純電阻）產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體（純電阻）的電阻及通電時(shí)間成正比。這個(gè)規(guī)律最初是由焦耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接得到的，所以把它叫做焦耳定律
因?yàn)樵诩冸娮桦娐分蠶=W=UIt=I2Rt=
總結(jié)：1、在純電阻電路中電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能: W電=Q=UIt=I2Rt= t
2、純電阻電路中,P電=P熱=UI=I2R=
例4、不考慮溫度對(duì)電阻的影響,對(duì)一個(gè)“220 V　40 W”的燈泡,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.接在110 V的電路上時(shí)的功率為20 WB.接在110 V的電路上時(shí)的功率為10 WC.接在440 V的電路上時(shí)的功率為160 WD.接在220 V的電路上時(shí)的功率為80 W
以電動(dòng)機(jī)為例，從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度看，電動(dòng)機(jī)從電源獲得能量，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。即W電=Q+W機(jī)
設(shè)電動(dòng)機(jī)消耗的功率為P電，電動(dòng)機(jī)對(duì)外做功，輸出的功率為P機(jī)，另外，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)自身也有能量損失，對(duì)應(yīng)的功率為P熱，它們之間滿足P電=P機(jī)+P熱
設(shè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U，通過(guò)電動(dòng)機(jī)線圈的電流為I，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為R,則P電=UI,P熱=I2R
總結(jié)：1、在非純電阻電路中電流做功沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能:W電=UIt≠Q(mào)=I2Rt,W電=Q+W機(jī),UIt>I2Rt, t既不能表示電功,也不能表示電熱
2、在非純電阻電路中,P電=UI≠P熱=I2R,P電=P機(jī)+P熱,UI>I2R, 既不能表示電功率,也不能表示熱功率
總結(jié)：在純電阻和非純電阻電路中電功與電熱的比較
畫(huà)龍點(diǎn)睛 不管是純電阻電路還是非純電阻電路,計(jì)算電功時(shí)都可以用W=UIt,電功率都可以用P=UI,熱量都可以用Q=I2Rt,熱功率都可以用P=I2R。若用變形式時(shí),就要考慮是否是純電阻電路。
例5.(多選)一只電爐的電阻絲電阻和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈電阻相同,都為R,設(shè)通過(guò)的電流相同,則(在相同時(shí)間內(nèi))下列說(shuō)法正確的是(　　)A.電爐和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱相等B.電動(dòng)機(jī)消耗功率大于電爐消耗功率C.電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D.電爐和電動(dòng)機(jī)兩端電壓相等解析:因?yàn)殡姛酫=I2Rt,所以當(dāng)電流I、電阻R都相等時(shí),在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生電熱也相等;電爐兩端的電壓U=IR,但電動(dòng)機(jī)兩端的電壓除了發(fā)熱還要工作,即U=IR+U',所以電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓,由P=UI可知電動(dòng)機(jī)消耗功率大于電爐消耗功率。
例6.(多選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法正確的是(　　)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
C.在非純電阻電路中,IU>I2RD.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路
例7、一臺(tái)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻是0.4Ω,當(dāng)它兩端所加的電壓為220V時(shí)，通過(guò)的電流是5A，求:(1)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率與對(duì)外做功的功率？(2)如果接上220 V的電源后,電動(dòng)機(jī)被卡住,不能轉(zhuǎn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率。
解：（1）發(fā)熱功率為P熱=I2R=52×0.40W=10W。 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為: P機(jī)=P-P熱=UI- I2R=1100-10 W=1090W。(2電動(dòng)機(jī)被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)后,電動(dòng)機(jī)成為純電阻用電器,電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱能,此時(shí)電動(dòng)機(jī)中電流為:
電動(dòng)機(jī)消耗的功率即電功率等于熱功率:P電'=P熱'=UI'=220×550 W=1 210 00W。
畫(huà)龍點(diǎn)睛 電動(dòng)機(jī)電路的分析與計(jì)算(1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),要注意分清電功和電熱的關(guān)系,電動(dòng)機(jī)消耗的電能也就是電流做的功W=UIt,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能必須用Q=I2Rt來(lái)求。另外,還要注意能量守恒定律的應(yīng)用,即W=Q+E(E為其他形式的能)或P電=P機(jī)+P熱,其中P電=UI,P熱=I2R,P機(jī)為機(jī)械功率。(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí),非純電阻電路轉(zhuǎn)變?yōu)榧冸娮桦娐?電動(dòng)機(jī)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能,W=Q,即UIt=I2Rt。

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