高中物理人教版 (新课标)选修35 焦耳定律学案

课题

2.5 焦耳定律

学习目标

1．通过分析类比理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。了解实际功率和额定功率。

2．说出电功和电热的关系。说出公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的适应条件。

3．说出非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。

4．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。

学习重、难点

重点：区别并掌握电功和电热的计算。

难点：主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。

学法指导

通过功能关系理解电功和电热。

课前预习

一、电功和电功率

1．电功：电流做功，就是导体中的______________对______________的静电力在做功，驱动自由电荷做定向移动，其结果是电荷的__________减少，而其他形式的能增加．电流做的功简称电功．

计算公式：用W表示电功，计算公式为：________，表示电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电流I、通电时间t三者的乘积．

国际单位制中的单位是：________，其他单位还有：千瓦时(kW·h)，也叫度．

2．电功率：单位时间内电流所做的功叫做________．定义式为：P＝

计算公式：________，表示电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积．

国际单位制中的单位是：________，其他单位还有：千瓦(kW)．

二、焦耳定律

1．焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的__________成正比，跟导体的______________成正比，这一规律叫做焦耳定律．公式表示为：______.

2．热功率：单位时间内的发热量通常称为热功率，定义式为：P＝计算公式为：________.

3．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________．

4．非纯电阻电路：含有__________或__________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__________或________.

预习评价

1．通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流为时，则在时间t内产生的热量为(  )

A．4Q              B．2Q              C.              D.

2．下列求解电热的公式中，对所有电路均适用的是(  )

A．Q＝UIt                              B．Q＝I2Rt

C．Q＝t                             D．W＝Pt

3．一台电动机的输出功率是10 kW，这表明该电动机工作时(  )

A．每秒消耗10 kW电能

B．每秒对外做10 kW功

C．每秒消耗10 kJ电能

D．每秒对外做10 kJ功

4．电动机的电枢阻值为R，电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作时间为t，下列说法中正确的是(  )

A．电动机消耗的电能为UIt

B．电动机消耗的电能为I2Rt

C．电动机线圈产生的热量为I2Rt

D．电动机线圈产生的热量为

课堂学习流程设计

用案人自我创新

【课程导学】

一、电功和电功率

[问题情境]

在日常生活中，经常会用到家用小电器，例如电吹风、电熨斗等，它们都会分为几挡，像电吹风可以吹凉风、暖风和热风．你知道如何计算它们消耗的电能吗？

1．电流做功的实质是什么？

2．设加在一段电路两端的电压为U，流过电路的电流为I，试推导电流做功的表达式．

[要点提炼]

1．电功的计算式：______________.

2．电功率的计算式：____________.

二、焦耳定律

[问题情境]

随着家用电器的增多，特别是空调，电热器等大功率用电器的使用，引发的火灾事故越来越多．据统计很大一部分火灾的事故原因是导线、插座或开关等元件温度升高而导致的．电流通过导体为什么会发热，产生的热量与哪些因素有关呢？

1．什么样的电路是纯电阻电路？

2．电功和电热相等吗？

 [要点提炼]

1．焦耳定律的表达式：____________.

2．电功与电热的关系：纯电阻电路中：________________ 非纯电阻电路中： _______.

【范例精析】

例1、将A、B两个白炽灯接入电路，关于这两只灯泡的发光情况，正确的说法是（   ）

A、      若A灯中的电流比B灯大，则A灯一定比B灯亮

B、若A灯两端的电压比B灯大，则A灯一定比B灯亮

C、若电流对A灯做的功比B灯多，则A灯一定比B灯亮

D、若A灯消耗的电功率比B灯大，则A灯一定比B灯亮

解析白炽灯是利用电流的热效应工作的，而灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，只有通过灯泡的电流大，灯泡两端的电压大，不能得到灯泡实际功率大这一结论，电流做功多，同样不能确认实际功率大。答案D

例2、额定电压为220V的电动机的线圈电阻为0.8，正常工作时，电动机每秒放出的热量为为1280J，则电动机正常工作时的电流强度为多大？每秒有多少焦的电能转化成机械能？

解析电动机电路为非纯电阻电路，输出电动机的电功率，一方面转化为机械功率输出，另一方面转化为线圈电阻的发热功率，正常工作时，通过线圈的电流即为正常工作电流，由焦耳定律Q= I2Rt得

1280=I2×0.8×1 

解得I=40A

由能量转化和守恒得P输入=P机+P热

P机=UI-I2R=8800-1280=7520J

例3、某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.4m/s的恒定速度向斜上方运动。电动机的最大输出功率为4.9kW，不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数是多少？（设人的平均质量为60kg，g＝10m/s2）

解析因为电动机有最大输出功率，这就决定了自动扶梯载人也有最大限额。从功率关系来看，电动机的输出功率，⑴提供扶梯自身运动所需功率；⑵转化为扶梯上的人以恒定速率向上所需的功率。

设：可同时乘载的最多人数为n人，此时电动机处于最大输出功率状态，扶梯本身向上运动所需功率为：P1＝IU＝5×380W＝1900W＝1.9kW

电动机的最大输出功率为P，n个人以恒定速率v＝0.4m/s随扶梯向上运动所需功率为：P2＝P－P1＝（4.9－1.9）kW＝3.0kW

所以，载人的最多人数是：个

注意：扶梯对人的支持力竖直向上，而人的运动方向与水平面有一夹角θ，故克服重力的功率为，而不是

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A类

1、在下列用电器中，那些属于纯电阻用电器：（   ）

A、电扇和电吹风        B、白炽灯、电烙铁和电热毯

C、洗衣机和电冰箱      D、电解槽

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、      电功是电能转化为其他形式能量的量度

C、      电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大

D、电流通过电动机时的电功率和热功率相等

3、在某段电路中，其两端电压为U，通过的电流为I，通电时间为t，若该电路电阻为R，则关于电功和电热的关系，下列结论正确的是（ ）

A、在任何电路中，电功UIt=I2Rt 

B、在任何电路中，电功为UIt，电热为I2Rt

C、在纯电阻电路中，UIt=I2Rt

D、在非纯电阻电路中，UIt≥I2Rt

4、若A灯标有“220V 60W”，B灯标有“220V 100W”，把两灯接入电路中，下列说法中正确的是（    ）

A、      当通过两灯的电流相等时，A灯比B灯亮

B、当通过两灯的电流相等时，B灯比A灯亮

C、当加在两灯的电压相等时，A灯比B灯亮

D、当加在两灯的电压相等时，B灯比A灯亮

5、为了使电炉消耗的功率减小到原来的一半，可行的办法是（    ）

A、使通过它的电流减半             B、使两端的电压减半

C、使电炉的电阻减半               D、使它两端的电压和电阻均减半

6、有一只灯泡的灯丝断了，通过转动灯泡把灯丝接通，再接入电源后，所发生的现象及其原因是（    ）

A、灯丝电阻变小，通过它的电流变大，根据P=I2R，电灯变亮

B、灯丝电阻变大，通过它的电流变小，根据P=I2R，电灯变暗

C、灯丝电阻变小，它两端的电压不变，根据P=U2/R，电灯变亮

D、      灯丝电阻变大，它两端的电压不变，根据P= U2/R，电灯变暗

7、一个电阻为20的导体，当它每通过3C电量时，电流做功18J，那么此导体两端所加电压为   V，通过3C电量的时间为   s。

8、有一电风扇标有“220V 55W”，若电风扇的电动机线圈电阻为8，当它正常工作时，电源供给的电功率是   W，转化为风的电功率是   W，电动机的发热功率是   W。

9、设通过某电阻R的电流为I，则对应每一个定向通过R的电子（电荷量为e）,电场力所做的功为   。

10、某滑动变阻器上标有“20Ω、0.2A”的字样，现将固定端A和滑动端P接在3V的电源上，并保持电压不变，如图所示。在P由B端向A端移动的过程中，AP端电阻允许消耗的最大功率是多少？这时AP段的电阻多大？

11、一个标有“110V、10W”的灯泡，求：⑴它的电阻；⑵正常工作时的电流；⑶如果接在100V的电路中实际功率多大？⑷接在220V电压的电路中，它的实际功率多大？会发生什么现象？

12、一台直流电动机的额定电压为U＝110V，电枢的电阻R＝0.5Ω，当它正常工作时通过的电流I=20A，若电动机正常运转时间t＝1分钟。求：⑴电流所做的功；⑵电枢上产生的热量；⑶电动机输出的机械能。

B类

1、在某段电路中，其两端电压为U，通过的电流为I，通电时间为t，那么关于电功和电热的关系错误的是（    ）

A、在任何电路中，电功IUt等于电热I2Rt

B、在任何电路中，电功为IUt，电热为I2Rt

C、在纯电阻电路中，IUt=I2Rt

D、在非纯电阻电路中，IUt＞I2Rt

2、将一根电阻丝接在某恒定电压的电源两端，电流做功的功率为P。若将金属丝均匀的拉长为原来的两倍后再接入原来的电路中，则它的功率为：（   ）

A、4P    B、0.25P     C、16P      D、0.125P

3、在电阻器上除了标明电阻值，还标明额定功率，这是它工作时允许消耗的最大功率，超过这个功率，电阻器就会烧坏，现有一个“100 4W”的电阻器，允许加在这个电阻器上的最大电压为U=   V。允许通过这个电阻器的最大电流为I=   A。当电阻器两端的电压为16V时，它消耗的功率为P=   W。

4、如图所示的电路中，电阻R=10，电动机M的线圈电阻r=1,加在电路两端的电压U=100V，已知电流表的读数为30A，则通过电动机线圈的电流强度为多少？通电1min，电流对电动机M做的功多少？

学

习

反

思