高中物理 第2章 恒定電流 第5節(jié) 焦耳定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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第5節(jié)焦耳定律 教師參考 一 教學目標知識與技能1 理解電功 電功率的概念 知道公式的物理意義 了解實際功率和額定功率 3 知道非純電阻電路中電能與其他形式能的轉化關系4 能運用能量轉化與守恒的觀點解決簡單的含電動機的非純電阻電路問題過程與方法通過有關實例 讓學生理解電流做功的過程就是電能轉化為其他形式能的過程情感態(tài)度與價值觀通過學習進一步體會能量守恒定律的普遍性 二 教學重點難點教學重點區(qū)別并掌握電功和電熱的計算教學難點學生對電路中的能量轉化關系缺乏感性認識 接受起來比較困難三 重難點突破方略電功概念引入的突破方略教師 請同學們思考下列問題 1 靜電力的功的定義式是什么 2 電流的定義式是什么 學生 1 靜電力的功的定義式W qU 情境展示 如圖所示 一段電路兩端的電壓為U 由于這段電路兩端有電勢差 電路中就有電場存在 電路中的自由電荷在靜電力的作用下發(fā)生定向移動 形成電流I 問題1 在時間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電荷量q是多少 學生 q It 問題2 這相當于在時間t內(nèi)將這些電荷q由這段電路的一端移到另一端 在這個過程中靜電力做了多少功 學生 靜電力做的功W qU IUt 問題3 電流做功實質上什么力做功 學生 電流做功的實質是導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做功 教師講授 在這段電路中靜電力所做的功W qU IUt 也就是通常所說的電流所做的功 簡稱電功 自主學習 課堂探究 達標測評 自主學習課前預習 感悟新知 教師參考 情境鏈接一焦耳最初的研究方向是電磁機 他從實驗中發(fā)現(xiàn)電流可以做功 這激發(fā)了他進行深入研究的興趣 1840年 焦耳把環(huán)形線圈放入裝水的試管內(nèi) 測量不同電流和電阻時的水溫 通過這一實驗 他發(fā)現(xiàn) 導體在一定時間內(nèi)放出的熱量與導體的電阻及電流的二次方之積成正比 這就是焦耳定律 1843年 焦耳想到了機械功與熱的聯(lián)系 測出了熱功當量 后人為了紀念焦耳 把功和能的單位命名為焦耳 電流做功時 消耗的是電能 究竟電能轉化為哪種形式的能量呢 信息電路中元件的類型不一樣 電能轉化為哪種形式能量的種類也不一樣 焦耳研究電流做功將電能轉化內(nèi)能的情形 焦耳定律只適用于電流產(chǎn)生內(nèi)能的情況 情境鏈接二在日常生活中 經(jīng)常會用到家用小電器 例如電吹風 電熨斗等 它們都會分為幾擋 比如電吹風可以吹暖風和熱風 使用中會遇到一些問題 例如電風扇工作時 電風扇的扇葉被卡住了 會造成什么后果 電能是通過電流做功轉化為其他形式的能 電流做功的實質是什么 信息電風扇扇葉被卡住后 電流做功把電能全部轉化為內(nèi)能 由于電風扇內(nèi)阻很小 則電流很大 會燒壞電機 電路中電流做功實質是導體內(nèi)的電子在電場中通過靜電力做功 把電勢能轉化為其他形式的能 教材梳理 一 電功和電功率閱讀教材第53頁 電功和電功率 部分 了解電功公式的推導過程 知道什么是電功 電功率 自由電荷 電流 IUt IU 焦耳 J 瓦特 瓦 W 電能 做功 想一想電功的公式W IUt 電功率的公式P IU適用于非純電阻電路嗎 答案 適用 二 焦耳定律和熱功率閱讀教材第53 54頁 焦耳定律 部分 知道焦耳定律的內(nèi)容及公式 1 焦耳定律 1 內(nèi)容 電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的成正比 跟導體的 及成正比 2 表達式 Q I2Rt 2 熱功率 1 意義 表示電流發(fā)熱的物理量 2 定義 單位時間內(nèi)的 二次方 電阻 通電時間 快慢 發(fā)熱量 想一想電風扇工作時消耗的電能可以用W I2Rt來計算嗎 電風扇工作時 消耗的電能轉化成什么形式的能量 答案 不能用W I2Rt來計算電風扇工作時消耗的電能 電風扇工作時消耗的電能轉化為內(nèi)能和機械能 自主檢測 1 關于電功率的下列說法中 正確的是 A 用電器的額定功率與用電器的實際電壓和實際電流有關B 用電器的實際功率取決于用電器的額定功率C 白熾燈正常工作時 實際功率等于額定功率D 電功率越小 則電流做功越少 C 解析 用電器的額定功率是它正常工作時的功率 其值是由用電器本身的結構決定的 與實際電流和電壓無關 故選項A錯誤 C正確 用電器的實際功率 是由加在它兩端的電壓和通過的電流決定的 故選項B錯誤 電流做功的多少不僅與功率的大小有關 還與時間有關 故選項D錯誤 C 3 關于電功和電熱 下面說法正確的是 A 任何電路中的電功W IUt 電熱Q I2Rt且W QB 任何電路中的電功W IUt 電熱Q I2Rt 但W有時不等于QC 電功W IUt在任何電路中都適用 電熱Q I2Rt只在純電阻電路中適用D 電功W IUt 電熱Q I2Rt 只適用于純電阻電路 B 解析 電功W IUt和電熱Q I2Rt適用于任何電路 在純電阻電路中 W Q 在非純電阻電路中W Q 故選項B正確 4 一臺額定電壓為U的電動機 它的電阻為R 正常工作時通過的電流為I 則 A 電動機t秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量是Q IUtB 電動機t秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量是Q I2RtC 電動機的功率為P I2RD 電動機的功率為P U2 R 解析 電動機工作時 是非純電阻電路 t時間內(nèi)輸入的總電能為IUt 它轉化為兩部分 一是電動機內(nèi)阻上產(chǎn)生的熱能Q I2Rt 二是電動機對外輸出的機械能E IUt I2Rt 選項B正確 B 課堂探究核心導學 要點探究 要點一 電功 電功率的計算 問題導引 小明在家中發(fā)現(xiàn)了一種微型電動機 在該電動機的說明書上看到其額定電壓為220V 電流為2A 內(nèi)部線圈的電阻為10 學習了本節(jié)后 小明根據(jù)兩個電功率公式P IU和P I2R求出的電功率數(shù)值為什么不一樣呢 答案 由P IU求出的電功率是電流的做功功率 由P I2R求出的電功率是用電器的熱功率 兩者一般是不相同的 只有在純電阻用電器中兩者才相同 教師備用 要點歸納 1 電路中保持持續(xù)電流的過程 就是靜電力移動自由電荷不斷做功的過程 靜電力做了多少功 也說電流做了多少功 就有多少電能轉化為其他形式的能 如電爐 白熾燈工作就是電能轉化為內(nèi)能 電動機工作就是電能轉化為機械能和內(nèi)能 思路探究 1 L1 L4兩燈電阻和通過的電流有何關系 例1 有四盞燈 接入如圖所示的電路中 L1和L2都標有 220V100W 字樣 L3和L4都標有 220V40W 字樣 把電路接通后 最暗的燈是哪一盞 最亮的燈是哪一盞 2 L2 L3兩燈中通過的電流有何不同 答案 L2和L3兩燈并聯(lián) 其電壓相等 但由于L2功率較大 則電阻較小 由I 知L2中電流較大 3 如何比較L1和L3 L2和L4的功率關系 解析 由它們的額定電壓 額定功率判斷知R1 R2R1 R23并 由串聯(lián)電路的功率分配可得P4 P1 P2 P3 由并聯(lián)電路的功率分配可得P2 P3 所以L3最暗 L4最亮 答案 L3最暗 L4最亮 教師備用 例1 1 額定電壓都是110V 額定功率PA 100W PB 40W的電燈兩盞 若接在電壓是220V的電路上 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下圖中的哪一個 解析 由兩燈泡的額定電壓和額定功率可知 兩燈泡的電阻RA RB 由于電路所加電壓為220V 兩燈串聯(lián)時不可能平分電壓 在B圖中 A燈的電阻小再并聯(lián)一電阻 則電阻更小 而導致B燈電壓過大而燒毀 圖C D可滿足兩燈正常發(fā)光 比較兩個電路 由于C電路的總功率為220IA 而D電路的總功率為220 IA IB 所以C電路消耗電功率最小 C 針對訓練1 2016寧德市一級達標中學期中聯(lián)考 如圖所示 A B兩端的電壓U恒為18V 電阻R1 20 燈泡L標有 6V 1 8W 的字樣 當燈泡L正常發(fā)光時 求 1 電阻R2的阻值 2 電路消耗的總電功率P 2 由P I1U 得P 10 8W 答案 1 20 2 10 8W 要點二 純電阻電路與非純電阻電路 問題導引 某一電路中只含有某一元件 即白熾燈 電動機 電爐 電容器 電熨斗 電飯鍋 電解槽其中的一種 分析哪些屬于純電阻電路 哪些屬于非純電阻電路 其電能是如何轉化的 答案 純電阻電路有 白熾燈 電爐 電熨斗 電飯鍋 非純電阻電路有 電動機 電解槽 電容器 純電阻電路中 電流做的功全部轉化為電熱 即W Q 在非純電阻電路中 電流做的功除一部分轉化為電熱之外 大部分轉化為其他形式的能 即W Q E其他 此時W Q 教師備用 要點歸納 純電阻電路和非純電阻電路1 純電阻電路和非純電阻電路的比較 2 有關電動機的功率 1 電動機的特性 電動機是一種非純電阻用電器 它把電能轉化為機械能和內(nèi)能 在電路計算中 歐姆定律不再適用 2 輸入功率 電動機的總功率 由電動機電路的電流和電壓決定 計算公式P總 UI 3 輸出功率 電動機做有用功的功率 如圖所示 P出 mg v 設重物勻速上升 4 熱功率 電動機線圈上有電阻 電流通過線圈時要發(fā)熱 熱功率P熱 I2r 5 功率關系 P總 P出 P熱 例2 有一個直流電動機 把它接入0 2V電壓的電路時 電動機不轉 測得流過電動機的電流是0 4A 若把電動機接入2 0V電壓的電路中 電動機正常工作 工作電流是1 0A 則 1 電動機正常工作時的輸出功率為多大 2 如果在電動機正常工作時 轉子突然被卡住 電動機的發(fā)熱功率是多大 思路探究 1 電動機不轉時 電壓不足 電路是純電阻電路還是非純電阻電路 答案 電能只轉化為電熱 是純電阻電路 可以求出電動機的內(nèi)阻 2 電動機被卡住時 電動機的電功和電熱有何關系 答案 電動機被卡住時 電動機為純電阻用電器 其電功等于電熱 答案 1 1 5W 2 8W 規(guī)律方法非純電阻電路的解答思路 1 像有電動機這樣的非純電阻用電器的電路 要注意區(qū)分電功率和熱功率 電功率用P總 IU計算 熱功率P熱 I2R 機械功率P機 P總 P熱 2 在非純電阻電路中 一定要注重電路中電流的求解 特別是在純電阻上尋找滿足歐姆定律的關系 3 注意搞清楚電路中的能量轉化關系 用能量守恒定律來分析問題 教師備用 例2 1 如圖所示 有一提升重物用的直流電動機 內(nèi)阻RM 0 6 R 10 U 160V 電壓表的讀數(shù)為110V 則 1 通過電動機的電流是多少 2 輸入到電動機的電功率是多少 3 電動機轉化為機械能的功率是多少 2 電動機的輸入功率P入 IUM 5 110W 550W 3 由IUM I2RM P機得P機 IUM I2RM 5 110W 52 0 6W 535W 答案 1 5A 2 550W 3 535W 例2 2 一直流電動機線圈內(nèi)阻一定 用手握住轉動軸使其不能轉動 在線圈兩端加電壓為0 3V時 電流為0 3A 松開轉動軸 在線圈兩端加電壓為2V時 電流為0 8A 電動機正常工作 則 該電動機正常工作時 輸入的電功率是多少 電動機的機械功率是多少 答案 1 6W0 96W 例2 3 多選 理發(fā)用的吹風機中有電動機和電熱絲 電動機帶動風葉轉動 電熱絲給空氣加熱 得到熱風 將頭發(fā)吹干 設電動機線圈的電阻為R1 它與電熱絲的電阻R2相串聯(lián) 接到直流電源上 吹風機兩端電壓為U 電流為I 消耗的電功率為P 則有 A PI2 R1 R2 解析 吹風機是非純電阻用電器 則U I R1 R2 而P IU任何情況下都成立 而消耗的電功率P I2 R1 R2 P機 選項C D正確 CD 針對訓練2 一只電爐的電阻絲和一臺電動機線圈電阻相同 都為R 設通過它們的電流相同 電動機正常運轉 則在相同時間內(nèi) A 電爐和電動機產(chǎn)生的熱量不相同B 電動機消耗的功率等于電爐消耗的功率C 電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓D 電爐和電動機兩端電壓相等 解析 由焦耳定律公式Q I2Rt可知選項A錯誤 電動機除熱功率外還有機械功率 所以電動機消耗的功率大于電爐消耗的功率 選項B錯誤 P電動機 IU1 P電爐 IU2 因為P電動機 P電爐 所以U1 U2 故選項C正確 選項D錯誤 C 教師參考 教材探究 教材P53電流通過白熾燈 電爐等電熱元件做功時 電能全部轉化為內(nèi)能 額定電壓相同的燈泡 額定功率越大 電阻越小 正常工作時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 可是按照焦耳定律 電阻越大 單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 二者似乎有矛盾 這是怎么回事 答案 前者說電阻越小 正常工作時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 前提條件是電壓相同 而后者說 電阻越大 單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多 前提條件是電流相同 兩者并不矛盾 所以我們在應用公式時應該特別注意前提條件 達標測評隨堂演練 檢測效果 BCD 2 有一家用電風扇 電風扇兩端的電壓為220V 工作電流為0 5A 則下列說法中 正確的是 A 電扇線圈的電阻為440 B 電扇線圈的電阻大于440 C 電扇線圈的電阻小于440 D 電風扇線圈的電阻滿足歐姆定律 C 答案 0 13 5 3 2016安徽師大附中期中 三個電阻分別標有 100 4W 200 2W 50 8W 將它們串聯(lián)起來 允許通過的最大電流為A 允許消耗的最大功率為W 4 如圖所示 電源電壓恒為U 14V 小燈泡L標有 4V8W 電動機的線圈電阻rM 1 0 當變阻器調(diào)到2 時 小燈泡與電動機均正常工作 求電動機的機械效率 答案 66 7 教師參考 課堂小結 謝謝觀賞