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5.焦耳定律,一、電功和電功率 1．電功 (1)定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I、通電時(shí)間t三者的乘積． (2)公式：W＝qU＝UIt. (3)單位：在國際單位制中功的單位是 ，符號為 ，常用的單位還有：千瓦時(shí)(kW·h)，也稱“度”，1 kW·h＝3.6×106 J.,焦耳,J,(4)實(shí)質(zhì)：電流通過一段電路所做的功，實(shí)質(zhì)是電場力在這段電路中所做的功． (5)意義：電流做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，電流做了多少功，表明就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的量度．,2．電功率 (2)單位是 ，符號為 (國際單位制)，常用的還有千瓦(kW)，1 kW＝1 000 W.,瓦特,W,(3)用電器的額定功率和實(shí)際功率 ①額定功率：用電器長期正常工作時(shí)的最大功率，也就是用電器加上額定電壓(或通以額定電流)時(shí)消耗的電功率． ②實(shí)際功率：用電器的實(shí)際工作時(shí)消耗的電功率． 二、焦耳定律 1．電熱：由于導(dǎo)體的電阻，使電流流過導(dǎo)體時(shí)消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分能量叫電熱． 2．內(nèi)容：電流流過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量等于電流的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間的乘積． 3．公式：Q＝I2Rt.,1．在串、并聯(lián)電路(純電阻)中電功率的分配與電阻的關(guān)系 (1)串聯(lián)電路 (2)并聯(lián)電路,(3)結(jié)論：無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率等于各電阻消耗的功率之和．,如右圖所示電路中，R1＝R3＜R2＝R4，在ab兩端接上電源后，設(shè)每個(gè)電阻所消耗的電功率分別為P1、P2、P3、P4，則它們的大小關(guān)系是( ) A．P1＝P3＜P2＝P4 B．P2＞P1＞P3＞P4 C．P2＞P1＞P4＞P3 D．P1＞P2＞P3＞P4 解析： 根據(jù)并聯(lián)電阻的特點(diǎn)，R3、R4兩電阻的并聯(lián)值R34要小于R3，所以根據(jù)串聯(lián)電路中功率分配關(guān)系可知，P2＞P1＞P34.再根據(jù)并聯(lián)電路中功率分配關(guān)系可知P3＞P4，故選項(xiàng)B正確． 答案： B,2．純電阻電路和非純電阻電路的比較,解析： 首先要明確，歐姆定律U＝IR只適用于純電阻電路，因此三個(gè)公式在純電阻電路中沒有區(qū)別，但在非純電阻電路中它們互不相同．其次，P＝UI表示電功率，而P＝I2R表示熱功率．因此，在純電阻電路中，UI＝I2R，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱能；而在非純電阻電路中，UI＞I2R，即消耗的電能只有部分轉(zhuǎn)化為熱能． 答案： BC,3．電功和電熱的關(guān)系,關(guān)于電功W和電熱Q的說法正確的是( ) A．在任何電路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q B．在任何電路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在純電阻電路中才成立 D．W＝UIt在任何電路中成立，Q＝I2Rt只在純電阻電路中成立 解析： W＝UIt、Q＝I2Rt適用于一切電路，但在純電阻電路中W＝Q，在非純電阻電路中W＞Q，B對，A、C、D錯(cuò)． 答案： B,No.4 疑難解釋,2．什么叫用電器的額定電壓，額定功率和實(shí)際功率？額定功率與實(shí)際功率有何區(qū)別？ 提示： 額定電壓：表示用電器正常工作時(shí)的電壓． 額定功率： 是用電器長期正常工作時(shí)的最大功率，也就是用電器加上額定電壓時(shí)消耗的功率，例“220 V、25 W”的白熾燈． 實(shí)際功率： 用電器在工作中實(shí)際消耗的電功率． 若用電器在額定電壓下工作，則P實(shí)＝P額，若用電器工作電壓不等于額定電壓，則P實(shí)≠P額．,額定功率和實(shí)際功率的區(qū)別： (1)用電器上標(biāo)著的功率，即用電器正常工作時(shí)的功率，額定功率的大小是由用電器本身的因素決定的，與外加因素?zé)o關(guān)． (2)用電器實(shí)際工作時(shí)消耗的電功率．為了使用電器不被燒壞，要求其實(shí)際功率不能大于額定功率．,3．用電器正常工作的分析方法？ 提示： (1)用電器正常工作的條件 U實(shí)＝U額，I實(shí)＝I額，P實(shí)＝P額 由于以上三個(gè)條件中的任何一個(gè)得到滿足時(shí)，其余兩個(gè)條件必然同時(shí)滿足．因此它們是用電器正常工作的等效條件，靈活選用等效條件，往往能夠簡化解題過程．,(2)用電器接入電路時(shí)的約定 ①純電阻用電器接入電路中，若無特別說明，應(yīng)認(rèn)為其電阻不變． ②用電器的實(shí)際功率超過額定功率時(shí)，認(rèn)為它將被燒毀，不考慮其安全系數(shù)． ③沒有注明額定值的用電器(如用于限流的變阻器)接入電路時(shí)，認(rèn)為其工作的物理量均小于其額定值，能安全使用.,在電源電壓不變的前提下，增加電爐的電熱絲在相等的時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，可采取的措施是( ) A．增大電熱絲的電阻 B．減小電熱絲的電阻 C．在電熱絲上并聯(lián)電阻 D．在電熱絲上串聯(lián)電阻,答案： B,【跟蹤發(fā)散】 1－1：如右圖所示，已知UAB＝6 V，當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸頭P位于正中位置時(shí)，額定電壓為3 V的燈泡正常發(fā)光．當(dāng)觸頭滑至最左端時(shí)，電燈實(shí)際功率為2 W，求此燈泡額定功率和變阻器的總電阻．,答案： 4.5 W 4 Ω,“220 V,66 W”的電風(fēng)扇，線圈的電阻為20 Ω，求接上220 V電壓后，電風(fēng)扇消耗功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱功率．如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱功率． 【思路點(diǎn)撥】,解析： 電風(fēng)扇工作時(shí)，其電路不是純電阻電路，它從電源獲取的電功率一部分轉(zhuǎn)化為線圈的發(fā)熱功率，另一部分轉(zhuǎn)化為扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械功率．它們?nèi)咧g的關(guān)系為： P電＝P熱＋P機(jī)． 其中P電＝UI，P熱＝I2R. 電風(fēng)扇接在220 V電壓下正常工作，電流大小為 I額＝P額/U額＝(66/220) A＝0.3 A. 發(fā)熱功率為P熱＝I2R＝0.32×20 W＝1.8 W. 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為 P機(jī)＝P電－P熱＝66 W－1.8 W＝64.2 W.,電扇的扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)相當(dāng)于純電阻，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，通過電扇的電流為I′＝U/R＝(220/20) A＝11 A. 電機(jī)消耗的功率P′等于發(fā)熱功率P熱′，即 P′＝P熱′＝I′U＝11×220 W＝2 420 W. 這時(shí)電機(jī)將被燒壞． 答案： 64.2 W 1.8 W 2 420 W 2 420 W,【反思總結(jié)】 (1)電動(dòng)機(jī)的等效處理 電動(dòng)機(jī)是一種非純電阻性用電器，它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能．在電路計(jì)算中，常把電動(dòng)機(jī)等效為阻值等于其內(nèi)阻的電阻rD和無電阻的轉(zhuǎn)動(dòng)線圈D串聯(lián)而成，如右圖所示，電流通過rD時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為熱能，而線圈D把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能． (2)輸入功率：電動(dòng)機(jī)的總功率．由電動(dòng)機(jī)電路的電流和電壓決定，計(jì)算：P總＝UI.,(3)輸出功率：電動(dòng)機(jī)做有用功的功率．如右圖所示，P出＝mg·v(設(shè)重物勻速上升)． (4)熱功率：電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時(shí)要發(fā)熱、熱功率P熱＝I2r.,【跟蹤發(fā)散】 2－1：在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采用如下圖所示的實(shí)驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A和1.0 V；重新調(diào)節(jié)R，使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V．求： (1)這臺電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的線圈電阻． (2)電動(dòng)機(jī)正常工作狀態(tài)時(shí)勻速提升一個(gè)2 kg的物體，該物體豎直上升的速度多大？(g＝10 m/s2),答案： (1)22.0 W 2 Ω (2)1.1 m/s,1．如下圖所示是電阻R1和R2的伏安特性曲線，并且把第一象限分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)區(qū)域．現(xiàn)在把電阻R1和R2并聯(lián)在電路中，消耗的電功率分別為P1和P2，并聯(lián)總電阻設(shè)為R，下列關(guān)于P1與P2的大小關(guān)系及R的伏安特性曲線應(yīng)該在的區(qū)域正確的是( ) A．特性曲線在Ⅰ區(qū)，P1＜P2 B．特性曲線在Ⅲ區(qū)，P1＞P2 C．特性曲線在Ⅰ區(qū)，P1＞P2 D．特性曲線在Ⅲ區(qū)，P1＜P2,答案： C,2. (漳州高二檢測)一臺電動(dòng)機(jī)，額定電壓是100 V，電阻是1 Ω.正常工作時(shí)，通過的電流為5 A，則電動(dòng)機(jī)因發(fā)熱損失的功率為( ) A．500 W B．25 W C．1 000 W D．475 W 解析： 電動(dòng)機(jī)的熱功率P＝I2r＝(5 A)2·1 Ω＝25 W，B正確，A、C、D錯(cuò)誤． 答案： B,3．通過電阻R的電流為I時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q；若電阻為2R，電流為I/2時(shí)，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為( ) A．4Q B．2Q C．Q/2 D．Q/4 答案： C,4．(包集高二檢測)室內(nèi)有幾種用電器：1.5 kW的電飯煲、200 W的電冰箱、750 W的取暖器、250 W的電視機(jī)和2 kW的空調(diào)器．如果進(jìn)線處有13 A的保險(xiǎn)絲，供電電壓為220 V，下列情況下不可能同時(shí)使用的是( ) A．電飯煲和電冰箱 B．取暖器和空調(diào)器 C．電飯煲和空調(diào)器 D．電冰箱、電視機(jī)和空調(diào)器 解析： 電路中允許的最大功率為Pm＝UI＝2 860 W．用電器的功率之和大于Pm時(shí)，用電器就不可以同時(shí)使用，故選C. 答案： C,5．如下圖所示，電路中的電阻R＝10 Ω，電動(dòng)機(jī)的線圈電阻r＝1 Ω，加在電路兩端的電壓U＝100 V．已知電流表讀數(shù)為30 A，則通過電動(dòng)機(jī)線圈的電流為多少？ 電動(dòng)機(jī)輸出功率為多少？,答案： 20 A 1 600 W,