高二物理2.5《焦耳定律》课件(新人教选修3-1)2011

高二物理选修3-1《恒定电流》

新课标物理选修3-1

2.5 焦耳定律

高二物理选修3-1《恒定电流》

想想他们有什么共同点？

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什么是电流的热效应？导体中有电流通过的时候，导体 要发热，这种现象叫做电流的热效应。

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自由电子在电场力的作用下会定向移动而做功，电场力做的功 常常说成是电流所做的功，简称“电功”;而不同导体在相同 电压作用下电场力做功的快慢程度又是不同的，为了比较电场 力做功的快慢，我们引入了“电功率”的概念；同时电流通过 导体是会发热的，我们把它叫“电热”。那么以上这些物理量 之间有何关系呢？下面我们在复习初中学过内容的基础上进一 步来明确这些问题。

1、电功：电场力(或电流)所做的功。 (1)定义式：W=qU=UIt (2)单位：焦耳(J)、千瓦时(kwh)。 1 kwh=3.6×106J 2、电功率：电场力(或称电流)做功的快慢。 (1)定义式：P=W/t=UI (2)单位：瓦特(W)。 1kW=103W=106mW=10-3MW

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(3)热功率：单位时间内发热的功率。 P=I2R (4)额定功率：用电器安全正常工作时消耗的功率。 实际功率：用电器在实际电压下工作时消耗的功率。

P额是个定值，P实是个变值。 P额≥P实。几种常见家用电器的额定功率用电器 额定电压(V) 额定功率 (W) 29吋彩 电 220 ~150 电熨斗 220 300~ 800 电冰箱 220 100~ 150 微波炉 220 800~ 1200 台灯 220 40~60

注意：用电器只有在额定电压下工作，实际功率才等于额定功率.

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(5)输入功率：用电器输入端的电压与输入电流之积。P=UI 输出功率：用电器输出端的电压与输出电流之积. 3、电热：电流通过导体产生的热量。 (1)大小 —— Q=I2Rt (2)单位：焦耳(J)

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(3)焦耳定律：电流通过导体时产生的热量 Q 等于 电流I的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者 的乘积 . 2

Q I Rt

焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路. 纯电阻电路：只含有电阻的电路，如电炉、电 烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡 住的电动机也是纯电阻器件.

非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或 有电解槽在发生化学反应的电路.根据能量守恒定律及“功是能量转化的量度”可知：电流的 热效应产生了电热，则电流必做功，那么电功与电热间有何关 系呢？

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4、电功与电热：(1)在纯电阻电路中，电功等于电热：W=Q。 即电能全部转化为内能：UIt=I2Rt→U=IR,也即欧姆定律成

立。此时有： UIt=I2Rt=(U2/R)tV U>IR

S (2)在非纯电阻电路中，电功大于电热：W>Q。 即：电能只有一部分转化为内能，另一部分转化为机械能、 化学能等其它形式的能量： UIt=I2Rt+E其它>I2Rt→U>IR, 也即欧姆定律不成立。

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注 意： 1、公式W=UIt和P=UI是电功和电功率的一般表达式，

适用于任何用电器，它表示用电器消耗的全部电功和电功率。而W=I2Rt=U2t/R和P=I2R=U2/R 则是前面两

公式与欧姆定律结合而导出的，它们实际上只适用于纯电阻电路。 2、电流通过用电器做功的过程实际上是电能转化为 其它形式的能的过程。电流做了多少功，就有多少电 能转化为其它形式的能。

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纯电阻电路: 电能W指某段电路 在某段时间 内消耗的全 部电能!

→

内能Q I2Rt

指转化为 内能的那 部分电能!I=U/R

UIt

=M

非纯电阻电路: 电能WUIt

→

>

说明：欧 姆定律不 适用于非 内能+其它形式的能 纯电阻电 W - Q 路！ Q I2Rt I<U/R

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纯电阻电路: 电能W

→

内能Q

I=U/R UIt I2Rt = 电功 = 电热：W=Q = UIt =I2Rt =U2t/R 电功率=热功率：P =P热 = UI = I2R = U2/R

非纯电阻电路: 电能WUIt 电功：W= UIt 电功率：P=UI

M

→Q 内能+其它形式的能 W-Q> I2RtI<U/R 电热：Q=I2Rt 热功率：P热=I2R

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小 结：1.电功 2.焦耳热

W UItQ I Rt2

3.电功率

W P UI tQ 2 P I R t

4.热功率

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典型例题 例1、把标有“220V、100W”的灯泡接到220V 的电路中，通过灯丝的电流I和实际功率各有 多大？若接到110V的电路中结果又怎样？ (假定灯丝的电阻不变。)解：灯泡的电阻R=U2/P=2202/100Ω=484Ω (1)灯泡接220V时，通过灯丝的电流 I=U/R=220/484A=0.45A 实际功率 P=UI=220×220/484W=100W (2)灯泡接110V时，通过灯丝的电流 I/=U//R=110/484A=0.23A 实际功率 P/=U/I/=110×110/484W=25W

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例2、(课本P56“例题1”)解：据能量守恒定律得: UIt=I2Rt+W机 故 W机=UIt-I2Rt= 220×5×60J - 52 ×0.4×60J = 6.54×104J

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例3、微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3V 的电压时，通过电流为0.3A,此时电动机不转，当加 在电动机两端的电压为2.0V时，电流为0.8A,这时电 动机正常工作，则吸尘器的效率是多少？解:U 0.3 R 1 I 0.3

P UI 1.6WP I 2 R 0.64W 热P P热 60% P

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例4、 对计算任何用电器的电功率都适 用的公式是( ) C、D

A.P I R2

U B.P R

2

C.P UI

W D.P t