人教版高中物理选修31焦耳定律教案.docx
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人教版高中物理选修31焦耳定律教案
焦耳定律学案
【教学目标】
1.理解电功、电功率的概念,公式的物理意义。
了解实际功率和额定功率。
2.了解电功和电热的关系。
了解公式Q=I2Rt(P=I2R)、Q=U2t/R(P=U2/R)的适应条件。
3.知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系,电功大于电热。
重点:
区别并掌握电功和电热的计算。
难点:
区别电功和电热
【自主预习】
1.能量转化电炉通电时,能转化为能;电动机通电时,能转化为能;蓄电池充电时,能转化为能;电能转化成其他形式能的过程就是的过程,电流做功的多少电能转化为其他形式能的数量。
2.电功自由电荷在静电力作用下沿静电力的方向做定向移动,结果电荷的电势能,其他形式的能。
电流在一段电路中所做的功等于这段电路、、三者的乘积。
计算式为W=。
3.电功率电流做的功叫电功率。
用表示电功率,表达式为P=。
电流在一段电路上做功的功率P等于与这段电路的乘积。
4.焦耳定律内容电流通过导体产生的热量跟成正比,跟导体的电阻及通电时间成。
这个关系最初是由实验得到的。
5.表达式Q=。
6.热功率的发热量通常称为热功率,表达式为P=。
7.电功与热量的关系
纯电阻电路和非纯电阻电路
纯电阻电路:
非纯电阻电路:
电功与热量:
在纯电阻电路中:
在非纯电阻电路中:
【典型例题】
一、基本概念的理解
【例1】3.关于电功和焦耳热,下列说法错误的是( )
A.在纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2Rt
B.在非纯电阻电路中,计算电功可用公式W=I2Rt
C.在纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=I2Rt
D.在非纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式Q=IUt
【例2】一根电阻丝,通过2C的电荷量所消耗的电能是8J.若在相同的时间内通过4C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是( )
A.4V,16J B.8V,16J
C.4V,32JD.8V,32J
二、电功和电热的区别
【例3】一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3V,电流为0.3A.松开转轴,在线圈两端加电压为2V时,电流为0.8A,电动机正常工作.求该电动机正常工作时,输入的电功率是多少?
电动机的机械功率是多少?
【例4】、某一用直流电动机提升重物的装置如图1所示,重物质量m=50kg,电源提供恒定电压U=110V,不计各处摩擦,当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中电流强
度I=5A。
求电动机线圈电阻R(g=10m/s2)。
【课后练习】
1.家用电饭锅有两种工作状态,一是锅内水烧开前的加热状态,一是水烧开后的保温状态,其电路如图2-5-4所示.R1是一电阻,R2是加热用的电阻丝,则电饭锅( )
A.S闭合时为保温状态
B.S断开时为加热状态
C.S闭合时为加热状态
D.S断开时为保温状态
2.在电动机正常工作时,每秒钟电流做功和每秒钟内电枢上产生的热量的关系,下列说法中正确的是( )
A.电功等于电热
B.电功等于电热的2倍
C.电功等于电动机输出的机械能
D.电热仅为电功的一部分
3.用一个额定电压为220V的电热水器煮沸一壶水需要ts,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么( )
A.当线路电压为110V时,煮沸一壶水需要2ts
B.当线路电压为110V时,煮沸一壶水需要4ts
C.当线路电压为55V时,煮沸一壶水需要4ts
D.当线路电压为55V时,煮沸一壶水需要16ts
4.关于三个公式:
(1)P=UI;
(2)P=I2R;(3)P=
,下列叙述正确的是( )
A.公式
(1)适用于任何电路的电热功率
B.公式
(2)适用于任何电路的电热功率
C.公式
(1)、
(2)、(3)适用于任何电路电功率
D.以上都不正确
5.一只普通的家用照明白炽灯,额定功率为40W,正常发光时,通过它的电流与下列哪一个值较为接近( )
A.20AB.2AC.0.2AD.0.02A
6.两只灯泡L1、L2分别标有“110V,60W”和“110V,110W”,另外有一只滑动变阻器R,将它们连接后接入220V的电路中,要求两灯泡都正常发光,并使整个电路消耗的总功率最小,应使用下面哪个电路( )
7.如图5所示电路,电动机M转动起来后,将滑动变阻器的滑动触头向左移动时,电动机中产生的电热Q随电压表测得的电压U和电流表测得的电流I而变化的情况是(电动机线圈的电阻可以认为是不变的)( )
A.Q跟电流I的平方成正比
B.Q跟电压U的平方成正比
C.Q跟电压U与电流I的乘积成正比
D.Q跟电压U与电流I的比值成正比
8.两个电阻,R1=8Ω,R2=2Ω,并联在电路中,欲使这两个电阻消耗的电功率相等,可行的办法是( )
A.用一个阻值为2Ω的电阻与R2串联
B.用一个阻值为1Ω的电阻与R2串联
C.用一个阻值为6Ω的电阻与R1串联
D.用一个阻值为2Ω的电阻与R1串联
9.一幢居民楼住着生活水平各不相同的24户居民,所以整幢居民楼里有各种不同的电器,例如电炉、电视机、微波炉、电脑等等.停电时,用欧姆表测得A、B间的
电阻为R;供电后,各家电器同时使用,测得A、B间电压为U,进线电流为I,如图6所示,则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是( )
A.P=I2RB.P=U2/R
C.P=IUD.P=
10.一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3V,电流为0.3A。
松开转轴,在线圈两端加电压为2V时,电流为0.8A,电动机正常工作。
求该电动机正常工作时,输入的电功率是多少?
电动机的机械功率是多少?
11.一辆电动自行车的铭牌上给出了如下表的技术参数:
规格
后轮驱动直流电机
车型
26″电动自行车
额定输出功率
120W
整车质量
30kg
额定电压
40V
最大载量
120kg
额定电流
3.5A
质量为M=70kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力F阻恒为车和人总重的k=0.02倍.g取10m/s2.求:
(1)此车电机的内阻和正常工作时的效率.
(2)在电机正常工作时,人骑车行驶的最大速度.
(g取10m/s2)
答案:
例1.答案 B
例2.答案 D
解析 利用W=qU可求出电压U1,再由I=
=
可以求出U2,然后利用W=qU求W2.
设电阻丝电阻为R,开始所加电压U1,则W1=q1U1
即8=2U1,故U1=4V.
设后来所加电压为U2,产生的热量为W2,则
I2=
=
①
又I1=
=
②
由①②得U2=
U1=
×4V=8V
W2=q2U2=4×8J=32J
例3答案 1
.6W 0.96W
解析 电动机不转动时,其消耗的电功全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,由欧姆定律得电动机线圈内阻:
r=
=
Ω=1Ω
电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机械能,
其输入的电功率为:
P入=I1U1=0.8×2W=1.6W
电动机的机械功率
P机=P入-I
r=1.6W-0.82×1W=0.96W
例4.
课后练习
1.答案 CD
2.答案 D
3.答案 BD
解析 由
公式Q=
t,煮沸一壶水所需的热量为Q=
tJ.当电压变为原来的
时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4ts,选项B正确.当电压变为原来的
时,时间要变为原来的16倍,即16ts,选项D正确.
4.答案 D
5.答案 C
解析 家用照明白炽灯的额定功率为40W,额定电压为220V,根据P=UI,可得电流大约为0.2A.
6.答案 B
解析 根据P=
可知,灯泡
、
的电阻
,灯泡的连接方式,要么串联,要么并联,根据电压跟电阻成正比分配
,两灯泡串联接入220V的电路,要使每盏灯泡的电压均为110V,应在电阻大的L1上并联电阻.
7.答案 A
解析 由于电动机是非纯电阻电路,电功不等于电热,电热Q=I2Rt,与电流的平方成正比.但不能认为Q=UI.
8.答案 A
9.答案 CD
10.电动机不转动时,其消耗的电能全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,由欧姆定律得,电动机线圈内阻r=
=
Ω=1Ω.电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机械能,其输入的电功率为P入=I1U1=0.8×2W=1.6W.
电动机的机械功率为P机=P入-
=0.96W.
11.答案
(1)1.63Ω 85.7%
(2)6m/s
解析
(1)由表可知,电机的输出功率为P出=120W,额定电压为U0=40V,额定电流为I0=3.5A
电机正常工作时输入功率为
P入=U0I0=40×3.5W=140W
所以电机的效率为
η=
×100%=
×100%=85.7%
设电机的内阻为r,则由欧姆定律知:
P入-P出=I
r
解得r=1.63Ω
(2)设车的质量为m,由题意知,行驶时所受阻力为:
F阻=k(M+m)g
当达到最大速度vm时,应用P出=F阻·vm
解得vm=6m/s
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