2022年高中物理 電功和電功率 焦耳定律2教案 新人教版必修2

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1、2022年高中物理 電功和電功率 焦耳定律2教案 新人教版必修2 ? 【教學(xué)結(jié)構(gòu)】 一、電功 電功、電功率、電熱是本章書的重要概念，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，教學(xué)過程中必須給以足夠的重視。 1.復(fù)習(xí)電場(chǎng)力做功：W=Uq，U為電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)差，在電路中即為導(dǎo)體兩端電壓，q為電量，電路中為流過導(dǎo)體截面電量。 2.電功：電流做的功簡(jiǎn)稱電功。導(dǎo)體兩端加上電壓，導(dǎo)體內(nèi)建立電場(chǎng)，在電場(chǎng)力作用下自由電子定向移動(dòng)，形成電流，電場(chǎng)力做功，又說成電流做功。 W=UIt，電流在一段電路上所做的功，跟這段電路兩端電壓、電路中的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比。 3.電流做功，把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能 (

2、1)電流通過純電阻（電燈，電爐子等）電路做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 (2)電流通過電解液做功，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。 (3)電流通過電動(dòng)機(jī)做功，把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 二、電功率 1.定義：電流所做的功跟完成這些功所用時(shí)間的比值叫電功率，用p表示電功率則 ，p的單位：瓦特W，U：伏特V I：安培A。 2.物理意義：電功率表示電流做功的快慢，亦為單位時(shí)間電流做的功。燈越亮電功率越大。 3.額定電壓：用電器安全正常工作的最大電壓。日常照明燈泡額定電均為220V，機(jī)床上用的燈泡額定電壓為36V。 額定功率：用電器安全正常工作的最大功率。照明燈泡上標(biāo)有220V 6

3、0W，60W即為額定電功率。額定電功率是根據(jù)用電器自身結(jié)構(gòu)而決定的。 4.注意區(qū)別額定功率和實(shí)際功率。 實(shí)驗(yàn)：把“220V 30W”和“220V 100W”的燈泡并聯(lián)在220V電路上和串聯(lián)后接入220V電路上，觀察燈泡發(fā)光情況，并接在220V電路上時(shí)，兩個(gè)燈的電壓都是額定電壓，電功率均為額定功率，100W的燈比30W的燈亮很多，串聯(lián)后接在220V電路上，觀察到的現(xiàn)象是兩個(gè)燈都不如并聯(lián)時(shí)亮，且30W燈比100W燈亮，由此可知：①兩個(gè)燈的電功率都不是額定功率，都小于額定功率，應(yīng)稱為實(shí)際消耗功率，②額定功率大的燈實(shí)際消耗功率不一定大，應(yīng)由燈兩端實(shí)際電壓和流過燈的實(shí)際電流決定。 三、焦耳定律

4、1.定義：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比 即：Q=I2Rt 單位：Q：焦耳J I：安培A R：歐姆Ω t秒s 2.純電阻電路 電路中只含有純電阻元件，電動(dòng)W=UIt=Q ∵U=IR∴Q=I2Rt=，注意：此關(guān)系只適用純電阻電路。 電流通過純電阻電路做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而產(chǎn)生熱量，電功又稱為電熱。 3.含有電動(dòng)機(jī)的電路，不是純電阻電路。電功W=UIt 電流通過電動(dòng)機(jī)做功，把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 電動(dòng)機(jī)線圈有電阻R，電流通過而產(chǎn)生熱，Q=I2Rt不等于UIt，而只是UIt

5、的一部分。原因是對(duì)于非純電阻U≠IR且U>IR。 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能部分：UIt－I2Rt=轉(zhuǎn)化的機(jī)械能 即電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能。 實(shí)際需要更多的是：發(fā)熱功率：I2R 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能功率UI－I2R，目前是我們計(jì)算電動(dòng)輸出機(jī)械功率的唯一方法。 4.含有電解液的電路：電流做功把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 電流做功可把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、機(jī)械能、化學(xué)能等，只有把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電功叫電熱，轉(zhuǎn)化其它形式能均不能稱為電熱。 ? 【課余思考】 1.寫出在純電阻電路中計(jì)算電功、電功率的公式。寫出發(fā)熱功率公式。 2.焦耳定律計(jì)算的Q，就是電功對(duì)嗎？為什么？ 3.電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功、機(jī)械功率如何計(jì)算？

6、? 【解題點(diǎn)要】 例一.一條電阻絲加上電壓U后，經(jīng)t s后放出熱量為Q，若得電阻絲截成等長(zhǎng)的三段并且關(guān)聯(lián)在一起，再加上電壓U，需經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間放出熱量仍為Q？ 解：電阻絲是純電阻，計(jì)算熱量三個(gè)公式都適用，結(jié)合題目給定的條件，電壓不變，使用，Q=，計(jì)算方便。 ∴ 設(shè)電阻絲電阻為R，Q=，截成等三段，每段電阻為R，并聯(lián)后電阻為，則Q=。 例二.用6600V和用220V兩種電壓輸電，若輸送功率相同，輸電線的長(zhǎng)短，粗細(xì)和電阻率都相同，用低壓輸電與用高壓輸電，在輸電線上損失的功率之比是（ ） A 1：900 B 900：1 C 1：30 D 30：

7、1 解：輸電線是純電阻，在輸電線上損失的功率是發(fā)熱功率，P損=I2R 輸送電流強(qiáng)度由輸送功率和輸送電壓決定，設(shè)輸送功率為P，高壓輸電時(shí)電流為 I高=P／6600，低壓輸電時(shí)電流為I低=P／220，由于輸送電線長(zhǎng)短，粗細(xì)和電阻率都相同，它們輸電阻相同，都為R，則 應(yīng)選B 解答本題時(shí)必須注意輸送電流I，輸送電壓U應(yīng)是輸電線上電壓與用電器上電壓之和，故此輸送電流的正確計(jì)算成為解答此種類型題的關(guān)鍵之一。 例三.A、B、C三個(gè)電阻的U—I圖象如圖1所示，若三個(gè)電阻加相同電壓，則 的功率最大，若三個(gè)電阻通過相同的電流強(qiáng)度，則 的功率最大。 解：第一空

8、的解答：對(duì)于純電阻，，可在電壓一定的情況下，電功率跟電阻成反比，電阻最小的電功率最大，而電阻的確定要依據(jù)圖象決定，斜率最小的圖象所表示的電阻越小，所以RA>RB>RC，電阻C的電功率最大。 第二個(gè)空的解答：P=I2R，三個(gè)電阻通過電流相等，電功率與電阻成正比，電阻大，功率大，電阻A的電功率最大。 例四.一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為U，額定功率是P，電動(dòng)機(jī)內(nèi)電樞導(dǎo)線的電阻為R，那么它正常工作時(shí)的電流強(qiáng)度是（ ） A、等于U／R B、等于P／U C、大于U／R D、大于P／U 解：含電動(dòng)機(jī)電路不是純電阻電路，U>IR，所以A，C選項(xiàng)不正確，電動(dòng)機(jī)的額定功率P是電動(dòng)機(jī)的

9、輸出的機(jī)械功率，而電路給電動(dòng)機(jī)的輸入功率P′=IU，所以I=，選項(xiàng)B不正確。因?yàn)镻′－P熱=P，且I=，所以選項(xiàng)D是正確的。 在含電動(dòng)機(jī)的電路中，電路給電動(dòng)機(jī)輸入功率P′，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率P，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱是三個(gè)關(guān)鍵，概念，必須搞清楚，P′=IU，P熱=I2R，它們之間的關(guān)系是P=P′－I2R。 例五.一臺(tái)電阻為2Ω的電動(dòng)機(jī)，接在110V電路中工作時(shí)，通過電動(dòng)機(jī)的電流強(qiáng)度為10A，求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率，發(fā)熱功率，轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率，電動(dòng)機(jī)的效率。 解：電動(dòng)機(jī)消耗電功率即電路輸入給電動(dòng)機(jī)的功率 P′=IU=10×110=1100W。 發(fā)熱功率：P熱=I2R=102×2=

10、200W 轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率：P=P′－P熱=1100－200=900W 機(jī)械效率：η= ? 【同步練習(xí)】 1.一臺(tái)電動(dòng)機(jī)輸出功率是10KW，這表明這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)（ ） A.每秒鐘消耗電能10KW B.每秒鐘對(duì)外做功10KW C.每秒鐘對(duì)外做功10J D.每秒鐘對(duì)外做功1000J 2.額定電壓為U，額定功率為P的電燈，接在電壓為U′（U′

11、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速為υ，如果該發(fā)電機(jī)把通過風(fēng)輪的風(fēng)的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，設(shè)風(fēng)能的利用率為η，空氣的密度為p，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為（ ） A.pSυ 3η／2 B.pSυ2η／2 C.pSυ3／2η D.pSυ2η／4 4.一只“220V 100W”電燈，220V、100W分別表示電壓和電功率的 值，它的電阻為 Ω，正常工作時(shí)的電流強(qiáng)度為 A，若電阻不變接入110V的電路中，則實(shí)際電流為 A，實(shí)際功率為 W，一般只要該燈泡未損壞，它的額定電壓，電流，功率是 （填會(huì)或不會(huì)）改變。 5.如圖2所示為用直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，重物m=50kg，電源電壓為U=110V不變，不計(jì)各種摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以υ=0.9m／s的恒定速度向上提升重物時(shí)，電路中的電流強(qiáng)度I=5A，試求電動(dòng)機(jī)電樞線圈電阻R。 ? 【參考答案】 1.D 2.C 3.A 4.額定 484 0.45 0.227 25 不會(huì) 5.4.4Ω