发布时间 : 星期三 文章物理鲁科版选修3-1学案：课堂互动 第3章第3节 焦耳定律 Word版含解析更新完毕开始阅读7967138df321dd36a32d7375a417866fb84ac027
课堂互动
三点剖析
一、电功和电热的区别与联系 1.功是能量转化的量度，同样，电功是电能转化为其他形式的能的量度.电热是电能转化为内能的量度.可见电功与电热是两个不同的物理量.因此电功的定义式是W＝IUt，电热的定义式是Q＝I2Rt.
2.从能量转化的角度分析，电功与电热的数量关系为：W≥Q，即IUt≥I2Rt.
在纯电阻电路中，如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路，电流做功全部转化为内能，电功等于电热，欧姆定律成立，即W＝Q或IUt＝I2Rt，在计算电热和电功时，
U2可采用W=Q=IUt=t=Pt中任一形式进行计算.
R在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽、给蓄电池充电等，电流做功将除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W＞Q，或IUt＞I2Rt，此种情况下，欧姆定律不成立，电功只能用公式W＝IUt进行计算，电热只能用公式Q＝I2Rt计算.
【例1】 一台电动机电阻为0.5 Ω，正常工作时通过的电流为20 A，在10 s内转化的机械能为4.2×104 J.求：在这10 s内电流做了功？电动机产生的热量为多少？
解析：电动机正常工作时是非纯电阻用电器，电功和电热的公式不能通用.由于不知道加在电动机两端的电压，所以我们不能根据W＝IUt求电功.但我们可以先计算电热，然后再根据能量守恒求电功. 电热Q＝I2Rt＝2.0×103 J，现根据W＝Q＋E机，故W＝2.0×103 J＋4.2×104 J＝4.4×104 J. 答案：4.4×104 J 2.0×103 J 温馨提示
在非纯电阻电路中，电功W＝IUt中的电压U≠IR，原因是加在电动机两端的电压有两个贡献：①使导体的电阻发热，②使电动机转动起来.U＝IR只对纯电阻电路成立. 二、电功率和热功率的区别与联系
1.区别：电功率是指输入某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U和通过的电流I的乘积. 热功率是指在这段电路上因发热而损耗的功率，其大小决定于通过这段导体中电流的平方和导体电阻的乘积.
2.联系：对于纯电阻电路，电功率等于热功率，计算时可用
P＝IU＝I2R＝
U2中任一形式进R行计算.对非纯电阻电路，电路消耗的电功率等于热功率与机械功率等其他形式的功率之和，即电功率大于热功率.
【例2】 有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路中，电机不转，测得流过电动机的电流为0.4 A，若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A，求电动机正常工作时的输出功率是多大?如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大?
解析：当电动机接入电压为0.2 V电路时，电动机不转，此时电动机仅相当于纯电阻，设其电阻为R，由欧姆定律得： R=
U10.2? Ω=0.5 Ω I10.4 1
当电机接入2.0 V电路中时，电动机正常工作，此时电动机消耗功率P＝U2I2＝2.0×1.0 W＝2.0 W
电动机的电热功率 P热＝I22R＝0.5 W 电动机的输出功率
P出＝P-P热＝2.0 W-0.5 W＝1.5 W
如果正常工作时转子突然被卡住，则电动机相当于纯电阻R，其上电压即U2，所以电动机
2U2.22?的发热功率P热′=I′2R= W＝8 W.此时电机将要被烧毁. R0.52答案：1.5 W 8 W
温馨提示
对这个题我们要注意两点：①是当电动机不转时就相当于一个纯电阻，欧姆定律成立.而它正常工作时就不再是纯电阻了，欧姆定律也不再成立.②是电动机的输出功率等于它消耗的电功率减去它的发热功率. 三、额定功率和实际功率
【例3】 额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的A、B两灯，接在220 V的电路中，使电灯均正常发光，能使电路消耗的电功率最小的电路是图3-3-1中的（ ）
图3-3-1
U2解析：两灯正常发光，两灯的实际电压等于其额定电压，由P=可知RA＜RB，根据串联
R分压关系，A图中有UA＜110 V、UB＞110 V，两灯不能正常工作，所以A错.图中A和变阻器并联后的电阻比A电阻还要小，即仍有UA＜110 V、UB＞110 V，所以B错.C和D图中两灯电压均有可能为110 V，此时再看电路消耗的功率，C图中灯A消耗功率100 W，灯B和变阻器并联后的阻值与灯A相等，所以电路消耗的总功率为200 W，D图中A、B两灯并联后的阻值与变阻器相等.所以变阻器消耗的功率为140 W，电路消耗的总功率为280 W. 答案：C 温馨提示
此类问题的思路分两步：①先分清哪个电路的A、B灯能正常发光，这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值，其余两个也达到额定值方面分析.②确定了正常发光的电路后，再比较哪一个的实际功率小.可以用计算的方法去比较，也可以用定性分析法比较.
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各个击破 类题演练1
一根电阻丝，通过2 C电荷量所消耗的电能是8 J，若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是（ ） A.4 V，16 J B.8 V，16 J C.4 V，32 J D.8 V，32 J
解析：设电阻丝电阻为R，开始所加电压U1，则W1＝q1U，即8＝2U1，所以U1＝4 V. 设后来所加电压为U2，产生的热量为W2，则： I2=
q2U2 ?tRq1U1? tR ①
I1= ②
由①②得U2=
q2U1=8 V q1W2＝q2U2＝32 J. 答案：D 变式提升1
有一个电解槽，额定电压为220 V，额定电流为2.0 A，电阻为5.0 Ω，当电解槽正常工作时，发热消耗的功率P热为_______，在1 min内有_______J的电能转化为化学能.
解析：电解槽是个非纯电阻用电器，它消耗的电能一部分转化为化学能，另一部分转化为内能.由P热＝I2R可知，它的发热功率P热＝20 W.它转化成的化学能就等于它消耗的电能减去它转化成的内能.即E化＝UIt-I2Rt，代入数据可解得：E化＝2.52×104 J. 答案：20 W 2.52×104 类题演练2
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，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的功率
解析：电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻.对于电炉有：U＝IR，放热Q＝I2Rt.消耗功率P＝I2R，对于电动机有U＞IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI＞I2R. 答案：ABD 变式提升2
如图3-3-2所示的电路中，电源电压为60 V，内阻不计，电阻R＝2Ω，电动机的内阻R0＝1.6 Ω，电压表的示数为50 V，电动机正常工作，求电动机的输出功率.
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图3-3-2
解析：电压表的示数为电动机两端的电压，电源电压已知，可得UR＝U源-U电＝（60-50） V＝10 V 由欧姆定律：I=
UR=5 A，对电动机，由能量关系有P电＝P热-P出 R所以P出＝P电-P热＝UI-I2R.代入数据得：P出＝210 W. 答案：210 W 类题演练3
额定电压为220 V，额定功率为40 W的灯泡，它的灯丝电阻为多少?如果把这只灯泡接在电压为110 V的电路上，灯泡的实际功率为多少?（假设灯丝电阻不变）?
U额U22202?解析：由于P=，所以灯泡的电阻R=Ω=1 210 Ω P40R额当灯泡所加电压为110 V时，不是在额定电压下工作，所以，这时灯泡的实际功率不是40 W，
21102?而应按实际所加的电压进行计算，有P实= W=10 W. R1210答案：1 210 Ω 10 W
变式提升3
将两个灯泡A（220 V 100 W）、B（220 V 25 W）串联后接在电路PQ段，如图3-3-3所示，为使两灯泡都安全使用，在PQ段所加电压的最大值是多少？PQ段电路允许消耗的最大功率是多少？
图3-3-3
解析：由P=
U实2U2可得： RU2U2RA==484 Ω，RB==1 936 Ω
PAPB由P＝UI知：Ia=
PA100? A U220IB=
PB25? A U220则Um=(RA+RB)IB=(484+1 936) Ω×Pm=IB2(RA+RB)＝31.25 W. 答案：275 V 31.25 W
25 A=275 V 2204