高中物理人教版 (新課標(biāo))選修35 焦耳定律學(xué)案及答案

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5　焦耳定律學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.理解電功和電功率的概念，知道電流做功的實質(zhì)．(重點)2．理解電功和電熱的區(qū)別，會區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路．(難點)3．理解電功率和熱功率．(重點)4．會從能量守恒角度理解焦耳定律．(難點) 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、電路中的電流、通電時間三者的乘積．(2)公式：W＝IUt.(3)單位：國際單位是焦耳，符號是J.(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少．2．電功率(1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功．(2)公式：P＝IU.(3)單位：瓦特，符號是W.(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢1．電功與電能的單位相同，電功就是電能．(×)2．電功率越大，電功越大．(×)3．1千瓦時＝3.6×106 J．(√)用電器額定功率越大，接在電路中電流做的功越多，這樣說法對嗎？【提示】　不對，電流做功一方面與電功率有關(guān)，另一方面還與通電時間有關(guān)，只有電功率與時間乘積大時，電流做功才多．將額定電壓均為1.5 V，額定功率分別為0.3 W和0.5 W的小燈泡A、B串聯(lián)起來接在電壓為U的電源上，兩燈泡均發(fā)光．探討1：A、B兩燈泡的電壓能否同時達(dá)到額定電壓？【提示】　不能．探討2：A、B兩燈泡中，哪個燈泡更亮一些？【提示】　由R＝可知，RA＞RB，兩燈泡串聯(lián)時，由P＝I2R可知，PA＞PB，故A燈更亮一些．1．串聯(lián)電阻的功率分配(1)分配規(guī)律：各電阻上的電功率與電阻成正比，即＝，＝.證明：串聯(lián)電阻各部分電流相同，由P＝I2R知P1＝I2R1，P2＝I2R2，Pn＝I2Rn，P總＝I2R總，則＝，＝.(2)總功率：電阻消耗的總功率等于各電阻消耗的功率之和．證明：P總＝IU總＝I(U1＋U2＋…＋Un)＝IU1＋IU2＋…＋IUn＝P1＋P2＋…＋Pn2．并聯(lián)電阻的功率分配(1)分配規(guī)律：各支路電阻上的電功率與電阻成反比，即＝，＝.證明：并聯(lián)電阻各部分電壓相同，由P＝知P1＝，P2＝，Pn＝，P總＝，則＝，＝.(2)總功率：電路消耗的總功率等于各電阻消耗的功率之和，即P總＝P1＋P2＋…＋Pn.證明：P總＝IU＝(I1＋I2＋…＋In)U＝I1U＋I2U＋…＋InU＝P1＋P2＋…Pn.3．額定功率和實際功率的比較 額定功率實際功率區(qū)別用電器上標(biāo)著的功率，即用電器正常工作時的功率．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)用電器實際工作時消耗的電功率．為了使用電器不被燒壞，要求其實際功率不能大于額定功率計算當(dāng)用電器兩端電壓達(dá)到額定電壓U額時，電流達(dá)到額定電流I額，電功率也達(dá)到額定功率P額，且P額＝U額I額，對于純電阻用電器P額＝IR＝用電器兩端的實際電壓為U實，實際電流為I實，則P實＝I實U實，對于純電阻用電器，P實＝IR＝聯(lián)系用電器兩端所加電壓為額定電壓時，用電器的實際功率等于額定功率注意無論用電器是否在額定電壓下工作，通常認(rèn)為用電器的電阻是恒定不變的，這是利用用電器的額定值計算實際功率的一個關(guān)鍵和橋梁1．如圖2-5-1所示，把兩個相同的燈泡分別接在甲、乙電路中，甲電路兩端的電壓為8 V，乙電路兩端的電壓為16 V．調(diào)節(jié)變阻器R1和R2使兩燈都正常發(fā)光，此時變阻器消耗的功率分別為P1和P2，兩電路中消耗的總功率分別為P甲和P乙，則下列關(guān)系中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：34522026】圖2-5-1A．P甲<P乙 B．P甲>P乙C．P1>P2 D．P1＝P2【解析】　由燈都正常發(fā)光可知，R1中電流是R2中電流二倍，R1兩端電壓是R2兩端電壓的二分之一，兩變阻器消耗的功率相等，兩電路中消耗的總功率相等，選項D正確，A、B、C錯誤．【答案】　D2．額定電壓都是110 V，額定功率PA＝100 W，PB＝40 W的電燈兩盞，若接在電壓是220 V的電路上，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是(　　)A　　　　　　　　BC　　　　　　　　D【解析】　對燈泡有P＝UI＝，可知：RA<RB，對于A電路，由于RA<RB，所以UB>UA，且有UB>110 V，B燈被燒毀，UA<110 V不能正常發(fā)光，A錯誤．對于B電路，由于RB>RA，A燈又并聯(lián)變阻器，并聯(lián)電阻更小于RB，所以UB>U并，B燈被燒毀．對于C電路，B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，兩燈可以正常發(fā)光．對于D電路，若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UA＝UB＝110 V，兩燈可以正常發(fā)光．比較C、D兩個電路，由于C電路中變阻器功率為(IA－IB)×110，而D電路中變阻器功率為(IA＋IB)×110，所以C電路消耗電功率最?。?/span>【答案】　C求解功率的三個技巧(1)在純電阻電路中，比較用電器的電功率時，要根據(jù)已知條件靈活選用公式，如用電器電流相同時，用P＝I2R比較；若電壓相同時，用P＝比較；若電阻相同時，可根據(jù)I或U的關(guān)系比較．(2)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題，比例法求解會使問題簡化，但一定要明確是正比還是反比關(guān)系．(3)當(dāng)求解用電器的功率時，要明確求解的是什么功率．實際功率與額定功率不一定相等．焦 耳 定 律1．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比．2．表達(dá)式：Q＝I2Rt.3．熱功率1．電流流過筆記本電腦時，電功一定等于電熱．(×)2．根據(jù)I＝可導(dǎo)出P＝，該公式用于任何用電器．(×)3．電流通過電解槽時，電功大于電熱．(√)標(biāo)有“220 V　40 W”的白熾燈泡和“220 V　40 W”的電動機，把它們并聯(lián)后接到220 V的照明電路中，二者都能正常工作，它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？【提示】　不同，“220 V　40 W”白熾燈通電時將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而“220 V　40 W”的電動機，通電后消耗的電能一部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能另一部分轉(zhuǎn)化為機械能．如圖2-5-2所示，電壓U恒為12 V，燈泡L上標(biāo)有“6 V　12 W”，電動機線圈的電阻RM＝0.50 Ω.圖2-5-2探討1：燈泡L上流過的電流是否可以用IL＝求解？為什么？【提示】　不可以，因為有電動機工作的電路不是純電阻的電路．探討2：若燈泡恰好正常發(fā)光，則電動機消耗的功率和發(fā)熱功率各多大？【提示】　P＝IMUM＝(U－UL)＝12 W.P熱＝IRM＝()2·RM＝2 W.1．純電阻電路和非純電阻電路 純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器電流、電壓、電阻三者的關(guān)系遵循歐姆定律I＝不遵循歐姆定律，U>IR或I<能量轉(zhuǎn)化形式電流做功，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其他形式的能量元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈電動機、電解槽2.電功與電熱的比較 純電阻電路非純電阻電路能量轉(zhuǎn)化電功W＝UIt＝I2Rt＝tW＝UIt電熱Q＝UIt＝I2Rt＝tQ＝I2Rt關(guān)系W＝QW＞Q3.電功率與電熱功率的比較 純電阻電路非純電阻電路電功率P電＝UI＝I2R＝P電＝UI熱功率P熱＝UI＝I2R＝P熱＝I2R關(guān)系P電＝P熱P電＞P熱3．下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中錯誤的是(　　)A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，UI>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路【解析】　電功率公式為P＝，功率越大，表示電流做功越快．對于一段電路，有P＝IU，I＝，焦耳熱Q＝()2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)．所以，P越大，Q不一定越大，A錯；W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路，而I＝只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正確；Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確．【答案】　A 4．(多選)如圖2-5-3所示是一提升重物用的直流電動機工作時的電路圖，其中電動機內(nèi)電阻r＝1 Ω，電路中另一電阻R＝9 Ω，直流電壓U＝180 V，理想電壓表示數(shù)UV＝135 V，電動機正以v＝1 m/s勻速豎直向上提升某重物，g取10 m/s2，下列判斷正確的是(　　)圖2-5-3A．通過電動機的電流是18 AB．輸入電動機的電功率是675 WC．電機的輸出功率是25 WD．重物的質(zhì)量是65 kg【解析】　通過R的電流為：I＝＝A＝5 A，故A錯誤；電動機的輸入功率為：P1＝UVI＝135×5 W＝675 W，故B正確；電動機內(nèi)電阻的發(fā)熱功率為：P2＝I2r＝52×1 W＝25 W，輸出的機械功率為：P3＝P1－P2＝(675－25)W＝650 W，故C錯誤；P3＝Fv＝mgv，解得：m＝＝65 kg，故D正確．【答案】　BD電功、電熱的計算方法(1)判斷電路中的用電器是純電阻用電器還是非純電阻用電器．(2)分析各用電器之間的連接方式，對純電阻電路，計算時可以利用串聯(lián)電路的分壓特點或并聯(lián)電路的分流特點．(3)由所求問題選取合適的公式，在非純電阻電路中計算電功只能用W＝UIt，計算電熱只能用Q＝I2Rt.歐姆定律的變形式在純電阻電路中才能通用．(4)對于含電動機的電路，電動機轉(zhuǎn)動時是非純電阻用電器，電動機不轉(zhuǎn)動時是純電阻用電器．