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- 2021-05-22 发布
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第
5
节 焦耳定律
1
．
电功
(1)
公式：
W
＝
qU
＝
____________.
(2)
单位：在国际单位制中功的单位是
___________
，符号为
J
，常用的单位还有：千瓦时
(kW
·
h)
，也称“度”，
1 kW
·
h
＝
3.6×10
6
J.
课前教材预案
要点一 电功和电功率
UIt
焦耳
(3)
实质：电流通过一段电路所做的功，实质是电场力在这段电路中所做的功．
(4)
意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，表明就有多少电能转化为其他形式的能，即电功是电能转化为其他形式的能的量度．
电流
I
UI
瓦特
(4)
用电器的额定功率和实际功率
①
额定功率：用电器
______________
工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压
(
或通以额定电流
)
时消耗的电功率．
②
实际功率：用电器在实际工作时消耗的电功率．
长期正常
要点二 焦耳定律
电能
通电时间
I
2
Rt
1
．
纯电阻电路和非纯电阻电路
课堂深度拓展
考点一 电功和电热
2
．
电功和电热的关系
求解电动机问题
【例题
1
】
在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器
R
使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为
0.5 A
和
1.0 V
；重新调节
R
使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为
2.0 A
和
15.0 V
．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．
思维导引：
根据答题模板，代入数据，准确求解．
答案
22.0 W
2 Ω
【变式
1
】
如图所示的电路中，电炉电阻
R
＝
10 Ω
，电动机线圈的电阻
r
＝
1 Ω
，电路两端的电压
U
＝
100 V
，电流表的示数为
30 A
．求通过电动机的电流和通电
1 min
电动机做的有用功．
答案
20 A
9.6×10
4
J
考点二 串、并联电路中电功率的计算
最合理的电灯电路的分析方法
最合理的电灯电路就是能使灯泡正常发光且电路消耗功率最小，解答此类问题的思路分两步：
(1)
先分清哪个电路的灯泡能够正常发光，可以从电流、电压、电功率中任选一个量达到其额定值，其他两个也达到额定值的方面分析．
(2)
确定了正常发光后，再比较哪一个电路的实际功率小，可以用定量计算的方法比较哪个电路的总电流小，也可以用定性分析的方法．
【例题
2
】
额定电压都是
110 V
，额定功率
P
L1
＝
100 W
、
P
L2
＝
40 W
的两盏电灯，若接在电压是
220 V
的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是图中的
(
)
思维导引：
两盏电灯均能正常发光，则必须都达到额定电压；电路消耗的功率最小，则电灯正常发光情况下滑动变阻器消耗的功率最小．
答案
C
【变式
2
】
把
6
个相同电灯接成如图甲、乙所示两电路，调节电阻箱，两组电灯均能正常发光．设甲、乙两电路消耗的电功率分别为
P
1
、
P
2
，则
(
)
A
．
P
1
<3
P
2
B
．
P
1
＝
3
P
2
C
．
P
1
>3
P
2
D
．
3
P
1
＝
P
2
B
解析
设每个灯泡正常发光时，其电流为
I
，则图甲中总电流为
3
I
，图乙中总电流为
I
，电路中的总电压相同，所以
P
1
＝
3
IU, P
2
＝
IU
，则
P
1
＝
3
P
2
.
课末随堂演练
C
．在非纯电阻电路中，
UI
>
I
2
R
D
．焦耳热
Q
＝
I
2
Rt
适用于任何电路
答案
BCD
2
．
取两完全相同的电阻丝，第一次将两电阻丝串联，第二次将两电阻丝并联，两次在电阻丝两端加相同的电压．若两次两电阻丝产生的热量均为
Q
，第一次用时
t
串
，第二次用时
t
并
，则先后两次所用时间之比为
(
)
A
．
1∶1
B
．
2∶1
C
．
4∶1
D
．
1∶4
C
3
．
(
多选
)
如图所示为一充电器对锂电池充电的电路图，已知输出电压为
U
＝
3.0 V
，输出电流为
I
＝
100 mA
，锂电池的内阻
r
＝
2 Ω.
则在充电时间为
t
＝
1 min
的时间内，下列说法正确的是
(
)
A
．有
270 J
的电能转化为化学能
B
．充电过程中电流做的功为
18 J
C
．该过程中锂电池产生的热量为
1.2 J
D
．该过程中有
16.8 J
的化学能储存在锂电池中
BCD
解析
充电过程中，充电器对锂电池充电时电流做的功为
W
＝
UIt
＝
18 J
，锂电池产生的热量为
Q
＝
I
2
rt
＝
1.2 J
，转化为化学能的电能为
E
＝
W
－
Q
＝
16.8 J
，该过程中有
16.8 J
的化学能储存在锂电池内，选项
B
、
C
、
D
正确，
A
错误．
4
．
如图所示，
A
为电解槽，
M
为电动机，
N
为电炉丝，恒定电压
U
＝
12 V
，电解槽内阻
r
A
＝
2 Ω.
当
S
1
闭合，
S
2
、
S
3
断开时，电流表
A
示数为
6 A
；当
S
2
闭合，
S
1
、
S
3
断开时，电流表
A
示数为
5 A
，且电动机输出功率为
35 W
；当
S
3
闭合，
S
1
、
S
2
断开时，电流表
A
示数为
4 A
．求：
(1)
电炉丝的电阻及发热功率；
(2)
电动机的内阻；
(3)
在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率．
答案
(1)2 Ω
72 W
(2)1 Ω
(3)16 W
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