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,也是學生學習的難點,教學過程中必須給以足夠的重視。 1.復習電場力做功:W=Uq,U為電場中兩點間電勢差,在電路中即為導體兩端電壓,q為電量,電路中為流過導體截面電量。 2.電功:電流做的功簡稱電功。導體兩端加上電壓,導體內(nèi)建立電場,在電場力作用下自由電子定向移動,形成電流,電場力做功,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、電路中的電流強度和通電時間成正比。 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)化為化學能。 (3)電流通過電動機做功,把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,一部分轉(zhuǎn)化為機械能。 二、電功率 1.定義:電流所做的功跟完成這些功所用時間的比值叫電功率,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)別額定功率和實際功率。 實驗: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,兩個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)象是兩個燈都不如并聯(lián)時亮,且30W燈比100W燈亮,由此可知:①兩個燈的電功率都不是額定功率,都小于額定功率,應稱為實際消耗功率,②額定功率大的燈實際消耗功率不一定大,應由燈兩端實際電壓和流過燈的實際電流決定。 三、焦耳定律

4、1.定義:電流通過導體產(chǎn)生的熱量,跟電流強度的平方、導體電阻和通電時間成正比 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.含有電動機的電路,不是純電阻電路。電功W=UIt 電流通過電動機做功,把電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,絕大部分轉(zhuǎn)化為機械能。 電動機線圈有電阻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。原因是對于非純電阻U≠IR且U>IR。 轉(zhuǎn)化為機械能部分:UIt-I2Rt=轉(zhuǎn)化的機械能 即電動機輸出的機械能。 實際需要更多的是:發(fā)熱功率:I2R 轉(zhuǎn)化為機械能功率UI-I2R,目前是我們計算電動輸出機械功率的唯一方法。 4.含有電解液的電路:電流做功把電能轉(zhuǎn)化為化學能 電流做功可把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、機械能、化學能等,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算電功、電功率的公式。寫出發(fā)熱功率公式。 2.焦耳定律計算的Q,就是電功對嗎?為什么? 3.電動機輸出的機械功、機械功率如何計算?

6、? 【解題點要】 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的三段并且關(guān)聯(lián)在一起,再加上電壓U,需經(jīng)多長時間放出熱量仍為Q? 解:電阻絲是純電阻,計算熱量三個公式都適用,結(jié)合題目給定的條件,電壓不變,使用,Q=,計算方便。 ∴ 設電阻絲電阻為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,輸電線的長短,粗細和電阻率都相同,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 輸送電流強度由輸送功率和輸送電壓決定,設輸送功率為P,高壓輸電時電流為 I高=P/6600,低壓輸電時電流為I低=P/220,由于輸送電線長短,粗細和電阻率都相同,它們輸電阻相同,都為R,則 應選B 解答本題時必須注意輸送電流I,輸送電壓U應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算成為解答此種類型題的關(guān)鍵之一。 例三.A、B、C三個電阻的U—I圖象如圖1所示,若三個電阻加相同電壓,則 的功率最大,若三個電阻通過相同的電流強度,則 的功率最大。 解:第一空

8、的解答:對于純電阻,,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。 第二個空的解答:P=I2R,三個電阻通過電流相等,電功率與電阻成正比,電阻大,功率大,電阻A的電功率最大。 例四.一臺直流電動機的額定電壓為U,額定功率是P,電動機內(nèi)電樞導線的電阻為R,那么它正常工作時的電流強度是( ) A、等于U/R B、等于P/U C、大于U/R D、大于P/U 解:含電動機電路不是純電阻電路,U>IR,所以A,C選項不正確,電動機的額定功率P是電動機的

9、輸出的機械功率,而電路給電動機的輸入功率P′=IU,所以I=,選項B不正確。因為P′-P熱=P,且I=,所以選項D是正確的。 在含電動機的電路中,電路給電動機輸入功率P′,電動機輸出機械功率P,電動機的發(fā)熱功率P熱是三個關(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。 例五.一臺電阻為2Ω的電動機,接在110V電路中工作時,通過電動機的電流強度為10A,求這臺電動機消耗的電功率,發(fā)熱功率,轉(zhuǎn)化成機械功率,電動機的效率。 解:電動機消耗電功率即電路輸入給電動機的功率 P′=IU=10×110=1100W。 發(fā)熱功率:P熱=I2R=102×2=

10、200W 轉(zhuǎn)化成機械功率:P=P′-P熱=1100-200=900W 機械效率:η= ? 【同步練習】 1.一臺電動機輸出功率是10KW,這表明這臺電動機正常工作時( ) A.每秒鐘消耗電能10KW B.每秒鐘對外做功10KW C.每秒鐘對外做功10J D.每秒鐘對外做功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?shù)仫L速為υ,如果該發(fā)電機把通過風輪的風的部分動能轉(zhuǎn)化為電能,設風能的利用率為η,空氣的密度為p,則風力發(fā)電機的功率為( ) 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,正常工作時的電流強度為 A,若電阻不變接入110V的電路中,則實際電流為 A,實際功率為 W,一般只要該燈泡未損壞,它的額定電壓,電流,功率是 (填會或不會)改變。 5.如圖2所示為用直流電動機提升重物的裝置,重物m=50kg,電源電壓為U=110V不變,不計各種摩擦,當電動機以υ=0.9m/s的恒定速度向上提升重物時,電路中的電流強度I=5A,試求電動機電樞線圈電阻R。 ? 【參考答案】 1.D 2.C 3.A 4.額定 484 0.45 0.227 25 不會 5.4.4Ω

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