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1、5焦耳定律学科素养与目标要求物理观念：1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别.科学思维：1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算.2.了解公式QI2Rt(PI2R)、Q(P)的适用条件.3.通过有关实例，让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系.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”，1kWh3.6106J.2.电功率(1)定义：单位时间内电流所做
2、的功.(2)公式：PUI.(3)单位：瓦特，符号为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)物理意义：表示电流发热快慢的物理量.1.判断下列说法的正误.(1)电功率越大，表示电流做功越多.()(2)电功WUIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.()(3)电热QI2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.()(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的
3、电热.()2.通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为_.答案解析根据QI2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的，时间不变，Q22RtI2RtQ.一、电功和电热的理解电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？答案电吹风工作时，把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.1.电功和电功率WUIt是电功的计算式，PUI是电功率的计算式，适用于任何电路.2.电热和热功率QI2Rt是电热的计算式，P热I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率.3.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电
4、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等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能.4.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系WQ即IUtI2RtWQE其他UItI2RtE其他电功率和热功率的关系PP热，即IUI2RPP热P其他即IUI2RP其他欧姆定律是否成立UIR，I成立UIR，I不成立说明WUIt、P电UI适用于任何电路计算电功和电功率QI2Rt、P热I2R适用于任意电路计算
5、电热和热功率只有纯电阻电路满足WQ，P电P热；非纯电阻电路WQ，P电P热例1(多选)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.WUIt适用于任何电路，而WI2Rtt只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UII2RD.焦耳热QI2Rt适用于任何电路答案BCD解析电功率公式P，表示电功率越大，电流做功越快.对于一段电路，有PIU，I，焦耳热Q()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误.WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I只适用于纯电阻电路，B正确.在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式
6、的能，所以WQ，即UII2R，C正确.QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确.二、纯电阻电路中的功率分配及计算1.在纯电阻电路中，由于WQ，I，所以有UII2R.2.串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配总功率PP1P2PnPP1P2Pn3.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫做额定功率.当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率.(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率.例2(2018西安高新一中期末)把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内()A.由QI2Rt可知，电炉的发热量减小B.由QUIt可知，电炉的发热量不变
7、C.由Qt可知，电炉的发热量增大D.无法确定答案C解析将家用电炉的电热丝剪去一小段后，其电阻R变小，由于加在电炉两端的电压U不变，因此由公式Qt可知，在相同时间t内，电炉的发热量Q增大，选项C正确.例3额定电压都是110V、额定功率PA100W、PB40W的灯泡两盏，若接在电压为220V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是()答案C解析判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流，对灯泡有PUI，可知RARB.对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110V，B灯被烧毁，UA110V，A灯不能正常发光.对于B电路，由于RBRA，A灯又并联滑
8、动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU并，B灯被烧毁，A灯不能正常发光.对于C电路，B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UAUB110V，两灯可以正常发光.对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110V，两灯可以正常发光.比较C、D两个电路，当灯A、B均正常发光时，由于C电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110V，而D电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110V，所以C电路消耗电功率最小.三、非纯电阻电路功率的分析与计算1.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是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
9、动机的输出功率是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：100%100%.2.串、并联电路的总功率(1)串联电路：P总U总I(U1U2U3)IP1P2P3(2)并联电路：P总UI总U(I1I2I3)P1P2P3从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.例4(2018九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A.(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的
10、输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？答案(1)0.5(2)1.5W(3)8W解析(1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r0.5(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总UI21W2W线圈内阻的热功率P热I2r120.5W0.5W则电动机正常工作时的输出功率P出P总P热2W0.5W1.5W(3)电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率PW8W.例5小型直流电动机(其线圈内阻为r1)与规格为“4V4W”的小灯泡并联，再与阻值为R5的电阻串联，然后接至U12V的电源上，如图1所示，小灯泡恰好正常发光，
11、电动机正常工作，求：图1(1)通过电动机的电流；(2)电动机的输出功率P出；(3)电动机的效率.答案(1)0.6A(2)2.04W(3)85%解析(1)流经灯泡的电流ILA1A流经电阻R的电流IRA1.6A流经电动机的电流IIRIL0.6A.(2)电动机消耗的总功率PULI40.6W2.4W电动机的热功率P热I2r(0.6)21W0.36W电动机的输出功率P出PP热2.4W0.36W2.04W(3)电动机的效率：100%100%85%.学科素养通过以上两题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式，并能区别应用电功率、热功率的相关公式进行相关计算，充分体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.针对训
12、练如图2所示，有一内电阻为4.4的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()图2A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W答案C解析灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流II灯A，则电解槽消耗的电功率PP灯60W，A错，C对；电解槽的发热功率P热I2R内1.3W，B错；整个电路消耗的总功率P总220W120W，D错.1.(对电功率的理解)如图3所示，一幢居民楼里住着生活习惯各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电
13、视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是()图3A.PI2RB.PC.PIUD.PI2R答案C解析家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用PUI来计算，C正确.2.(对焦耳定律的理解)(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流且正常工作，在相同时间内()A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率答案ABD3.(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同
14、的电灯接成如图4甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足()图4A.R29R1B.R26R1C.R23R1D.R1R2答案A解析设每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1PR2，即(3I)2R1I2R2，故R29R1，所以选项A正确.4.(非纯电阻电路功率的计算)(2018清华附中期中)小电瓶车的电源电动势为12V，电源内阻不计，电动机线圈电阻为1，当它以5m/s的速度在水平地面匀速行驶时，受到的摩擦力为7.2N，求此时通过
15、电动机线圈的电流.答案6A解析电瓶车匀速运动时，FFf7.2N，由PFv可知，电瓶车输出功率：P7.25W36W，电动机的输出功率P出UII2r36W，代入数据得：12II236计算得出：I6A.一、选择题考点一电功、电功率1.室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器.如果进线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不能同时使用的是()A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器答案C解析电路中允许的最大功率为PmUI2860W.用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故
16、C正确.2.如图1所示为某两个电阻的UI图象，则电阻之比R1R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1P2分别是()图1A.212112B.211221C.121221D.122112答案A3.(多选)有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6V，额定功率分别为6W、3W，将它们接在电路中，下列说法正确的是()A.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WB.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5WC.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WD.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W答案BC解析当两灯泡串联时，电流相等
17、，L1的额定电流为I11A，电阻R16，L2的额定电流为I20.5A，电阻R212.要使两灯泡不致被烧坏，电路中的最大电流为0.5A，最大功率为PmaxI22R1I22R24.5W，故A错误，B正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6V时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9W，故C正确，D错误.4.A、B为“220V100W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220V40W”的两盏相同的灯泡.现将四盏灯泡接成如图2所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为()图2A.PAPB，PCPDB.PAPDPBPCC.PDPAPBPCD.PBPCPDP
18、A答案C解析根据R得，RARBRCRD.由电路图知，UBUC，根据P知PBPC；因为IAID，根据PI2R知，PDPA.流过A、D的电流大于流过B、C的电流，由PI2R知，PAPB，PDPC，所以PDPAPBPC.考点二焦耳定律、热功率5.关于电功W和电热Q的说法正确的是()A.在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，且WQB.在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，但W不一定等于QC.WUIt、QI2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D.WUIt在任何电路中都成立，QI2Rt只在纯电阻电路中才成立答案B解析WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，QI2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯
19、电阻电路，则WQ，在非纯电阻电路中WQ，B对，A、C、D错.考点三纯电阻、非纯电阻电路6.有一台电风扇，额定电压为220V，额定电功率为50W，线圈电阻为0.4.当电风扇在额定电压下工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是()A.QI2Rt20.460J1.24JB.QPt5060J3000JC.QIUt22060J3000JD.Qt60J7.26106J答案A解析电风扇正常工作时产生的热量是由于线圈发热产生的，所以每分钟产生的热量为QI2Rt1.24J，A正确.7.(多选)(2018山师附中期末)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动
20、，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干.设电动机线圈的电阻为R1，它与电阻为R2的电热丝相串联，接到直流电源上，电吹风两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是()A.IUPB.IUPC.PI2(R1R2) D.PI2(R1R2)答案BC解析根据题意可知，通过电吹风的电流为I，它两端的电压为U，所以它消耗的电功率PUI，A项错误，B项正确；电吹风内部有两部分电阻，一是电热丝的电阻，二是电动机线圈的电阻，所以热功率为I2(R1R2)，因为有一部分电能转化为电动机的机械能，所以PI2(R1R2)，C项正确，D项错误.8.(2018河北正定中学段考)一个电饭煲和一台洗衣机并
21、联接在输出电压为220V的交流电源上(电源内阻忽略不计)，均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，则下列说法中正确的是()A.电饭煲的电阻为44，洗衣机电动机线圈的电阻为440B.电饭煲消耗的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC.1min内电饭煲消耗的电能为6.6104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6103JD.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍答案C解析由于电饭煲是纯电阻用电器，所以R144，P1UI11100W，其在1min内消耗的电能W1UI1t6.6104J，洗衣机为非纯电阻用电器，所以R2440，
22、P2UI2110W，其在1min内消耗的电能W2UI2t6.6103J，其热功率P热P2，而P110P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍，只有选项C正确.9.电阻R和电动机串联接到电路中，如图3所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作.设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有()图3A.U1U2，Q1Q2B.U1U2，Q1Q2C.W1W2，Q1Q2D.W1W2，Q1Q2答案A解析电动机是非纯电阻，其两端电压U2IRU1，B错；电流做的功W1IU
23、1t，W2IU2t，因此，W1W2，C错；产生的热量由QI2Rt可判断Q1Q2，A对，D错.二、非选择题10.(2017启东中学高一下期末)如图4所示，M为电动机，N为电炉子，电炉子的电阻R4，电动机的内阻r1，恒定电压U12V.当S1闭合、S2断开时，理想电流表A示数为I1；当S1、S2同时闭合时，理想电流表A示数为I25A.求：图4(1)理想电流表的示数I1及电炉子发热功率；(2)电动机的输出功率.答案(1)3A36W(2)20W解析(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：I1A3A其发热功率为：PRI12R324W36W；(2)当S1、S2同时闭合时，流过电动机的电流为：I3I2I12A
24、，电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：UI3P出I32r，代入数据解得：P出20W.11.规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40，求：(1)接220V的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上(1)中电源后，扇叶卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.答案(1)35W1W(2)1210W1210W解析(1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为IA0.16A.发热功率为P热I2R(0.16)240W1W.转化为机械能的功率为P机PP热(361) W35W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中
25、电流为IA5.5A.电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电P热UI2205.5W1210W.12.一台小型电动机在380V电压下正常工作时，能将30kg的货物在30s内匀速提升30m，通过它的电流是1A.除电动机线圈生热，其他能量损失不计，求在此过程中：(g取10N/kg)(1)拉力对货物做功的功率；(2)电动机的输出功率；(3)电动机线圈所产生的热量.答案(1)300W(2)300W(3)2400J解析(1)货物匀速上升，故拉力等于重力，故有Fmg3010N300N，上升的速度为v1m/s，故拉力的功率为PFv3001W300W.(2)电动机的输出功率P出P300W.(3)由能量守恒定律可知QIUtmgh(13803030030) J2400J.