第二章 5　焦耳定律—人教版高中物理选修3-1讲义.doc

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1、5焦耳定律一、电功和电功率1.电功(1)电功是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程.(2)电功的计算公式：WIUt.单位：焦耳，符号为J.常用的单位：千瓦时(kWh)，也称“度”，1 kWh3.6106 J.2.电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功.(2)公式：PUI.(3)单位：瓦，符号：W.(4)意义：表示电流做功的快慢.二、焦耳定律1.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比.(2)表达式：QI2Rt.2.热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率.(2)表达式：PI2R.3.纯电

2、阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能.(2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能.(3)电功和电热的计算公式比较纯电阻电路非纯电阻电路电功和电功率WUItI2RttP电UII2RWUIt P电UI电热和热功率QI2RtUIttP热I2RUIQI2RtP热I2R电功和电热关系WQWQE其他Q电功率和热功率关系P电P热P电P热P其他P热欧姆定律是否适用I，适用UIR，不适用4.电功、电热电功率、热功率公式的比较(1)WUIt是电功的计算式，P电UI是电功

3、率的计算式，适用于任何电路.QI2Rt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，P热I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率.(2)只有在纯电阻电路中才有WQ，P电P热而在非纯电阻电路中WQ，P电P热.(3)在纯电阻电路中，由UItI2Rt得I，即欧姆定律成立；在非纯电阻电路中UItI2Rt知UIR，即欧姆定律不成立.5.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率指电动机消耗的总功率：P入UI.(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热I2r.(3)电动机的输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率，P出IUI2r.(4)电动机的效率：.1规格为“2

4、20 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.2如图所示，有一内电阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A.电解槽消耗的电功率为120 W B.电解槽的发热功率为60 WC.电解槽消耗的电功率为60 W D.电路消耗的总功率为60 W3如图所示，A为电解槽，N为电炉子，恒定电压U12 V，电解槽内阻rA2 ，当S1闭合、S2断开时，电流表的示数为6 A；当S2闭合、S

5、1断开时，电流表的示数为4 A，求：(电流表内阻不计)(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？4有一个小型直流电动机，把它接入电压为U10.2 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I10.4 A；若把电动机接入U22.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I21.0 A，求：(1)电动机正常工作时的输出功率多大？(2)如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？5如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r1 ，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N，不计摩擦力，求：(1)

6、电动机线圈电阻上消耗的热功率；(2)电动机输入功率和输出功率；(3)10 s内，可以把重物A匀速提升的高度；(4)这台电动机的机械效率.5焦耳定律1答案(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W解析(1)排气扇在 220 V的电压下正常工作时的电流为I A0.16 A发热功率为P热I2R(0.16)240 W1 W转化为机械能的功率为P机PP热(361) W35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I A5.5 A电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电P热UI2205.5 W1 210 W.2答案C解析灯泡能正常发光，

7、说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且干路电流II灯 A，则电解槽消耗的电功率PP灯60 W，A错，C对；电解槽的发热功率P热I2R内1.3 W，B错误；整个电路消耗的总功率P总220 W120 W，D错.3答案(1)2 72 W(2)16 W解析(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得I1，则R2 ，其发热功率为：PRUI1126 W72 W.(2)电解槽为非纯电阻元件，发热功率为：P热IrA422 W32 W，总功率为：P总UI2124 W48 W，故电能转化为化学能的功率为：P化P总P热(4832) W16 W.4答案(1)1.5 W(2)8 W解析(1)U10.2 V时，电动机不转，此

8、时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻r 0.5 ，U22.0 V时，电动机正常工作.此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的定义式，得P电U2I22.01.0 W2 W.P热Ir1.020.5 W0.5 W.所以由能量守恒定律可得电动机的输出功率P出P电P热2 W0.5 W1.5 W.(2)此时若电动机转子突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率P热 W8 W.5答案(1)1 W(2)5 W4 W(3)2 m(4)80%解析(1)根据焦耳定律，热功率P热I2r121 W1 W.(2)电动机输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积P入IU15 W5 W，输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率P出P入P热5 W1 W4 W.(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械能，在10 s内P出tmgh.解得h m2 m.(4)机械效率100%80%.