《焦耳定律电路中的能量转化》课件2.ppt

1、6 6 焦耳定律焦耳定律 电路中的能量转化电路中的能量转化 请大家说出你所请大家说出你所知道的利用电能的例知道的利用电能的例子，并说明这些电能子，并说明这些电能是如何转化为其他形是如何转化为其他形式的能量的？式的能量的？繁华美丽的城市需要强大的电力来支持繁华美丽的城市需要强大的电力来支持1.1.理解电功和电功率的概念及公式，能进行相关理解电功和电功率的概念及公式，能进行相关运算运算.2.2.理解焦耳定律，了解焦耳定律在生产、生活中理解焦耳定律，了解焦耳定律在生产、生活中的应用的应用.3.3.能结合实际问题区分电功和电热，进一步体会能结合实际问题区分电功和电热，进一步体会能量守恒的意义和普适性能

2、量守恒的意义和普适性.（重点）（重点）1 1导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动，电场力对定向移动的电荷做功吗？场力对定向移动的电荷做功吗？做功，而且做正功做功，而且做正功2 2电场力做功将引起能量的转化，电能转化为其他形电场力做功将引起能量的转化，电能转化为其他形式的能，举出一些大家熟悉的例子式的能，举出一些大家熟悉的例子.电能电能机械能，机械能，如电动机如电动机.电能电能内能，内能，如电热器如电热器.电能电能化学能，化学能，如电解槽如电解槽.则电场力做功则电场力做功W=qUW=qU即：即：W=UIt.W=UIt.如图一段电路两端的电压为如图一

3、段电路两端的电压为U U，通过的电流为，通过的电流为I I，在，在时间时间t t内通过这段电路任一横截面的电荷量内通过这段电路任一横截面的电荷量q=It.q=It.电流在一段电路中所做的功电流在一段电路中所做的功W W等于这段电路等于这段电路中的电流中的电流 I I、电路两端的电压电路两端的电压U U、通电时间通电时间t t三者三者的乘积的乘积3.3.单位：焦单位：焦(J)J)千瓦时千瓦时(kWh).kWh).1 1度度=1kWh=1kWh3.63.610106 6J J一、电功一、电功W=IUt2.2.公式公式:1.1.定义：电场力定义：电场力(或电流或电流)所做的功所做的功.计算电功普遍用

4、的公式计算电功普遍用的公式1.1.定义：电流所做的功与做这些功所需时间的比定义：电流所做的功与做这些功所需时间的比值叫做电功率值叫做电功率.二、电功率二、电功率2.2.公式：公式：P=W/t=IU P=W/t=IU 电流在电流在一段电路上做功的功率一段电路上做功的功率P P等于电流等于电流I I与这段电与这段电路两端的电压路两端的电压U U的乘积的乘积3.3.单位：瓦特，简称瓦单位：瓦特，简称瓦.符号：符号：W.W.千瓦：千瓦：kWkW 1kW=1000W 1kW=1000W4.4.额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功额定功率和实际功率：用电器铭牌上所标称的功率是率是额定功率额定功率.用

5、电器在实际电压下工作的功率是用电器在实际电压下工作的功率是实际功率实际功率用电器只有在额定电压下工作时实际功率才等于额用电器只有在额定电压下工作时实际功率才等于额定功率定功率几种常见家用电器的额定功率几种常见家用电器的额定功率 用电器用电器2929寸寸彩电彩电电熨电熨斗斗电冰电冰箱箱微波炉微波炉台灯台灯额定电压额定电压（V V）220220220220220220220220220220额定功率额定功率（W W）80801501503003008008001001001501508008001200120040406060焦耳焦耳(J.P.Joule1818.12-1889.10)(J.P.J

6、oule1818.12-1889.10)英国曼彻斯特一位酿酒世家的英国曼彻斯特一位酿酒世家的儿子，业余科学家儿子，业余科学家.自幼跟随父母参自幼跟随父母参加酿酒劳动而没有上过正规学校，加酿酒劳动而没有上过正规学校，是一位没有受过专门训练的自学成是一位没有受过专门训练的自学成才的科学家才的科学家.三、焦耳定律、热功率三、焦耳定律、热功率 在近在近4040年的时间内，焦耳进行了年的时间内，焦耳进行了400400余次测定余次测定“热功当量热功当量”的实验的实验.为能量守恒定律的建立打下坚为能量守恒定律的建立打下坚实的实验基础实的实验基础.1849.1849年，焦耳用水测出的热功当量平年，焦耳用水测出

7、的热功当量平均值为均值为4.154J/cal4.154J/cal，与现代公认值十分接近，与现代公认值十分接近.历经艰历经艰难曲折的探索，他的实验结果最终使科学界公认为难曲折的探索，他的实验结果最终使科学界公认为能量守恒是自然界的一条基本定律能量守恒是自然界的一条基本定律.1850.1850年，年，3232岁的岁的焦耳被选为英国皇家学会会员，焦耳被选为英国皇家学会会员，18861886年被授予皇家年被授予皇家学会柯普兰金质奖章学会柯普兰金质奖章.18721887.18721887年间任英国科学促年间任英国科学促进协会主席进协会主席.他数十年如一日不屈不挠进行实验研究他数十年如一日不屈不挠进行实验

8、研究的精神为世人所崇敬的精神为世人所崇敬.在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电在真空中，电场力对电荷做正功时，减少的电势能转化为电荷的动能；势能转化为电荷的动能；在金属导体中在金属导体中，在电场力，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，从而将从而将电能全部转化为内能电能全部转化为内能 电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关呢关呢?结论结论1.1.在通电电流和通电时间相同的条件下，在通电电流和通电时间相同

9、的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多电阻越大，电流产生的热量越多.结论结论2.2.在电阻和通电时间相同的条件下，电流在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多越大，电流产生的热量越多.结论结论3.3.在通电电流和电阻相同的条件下，通电在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多时间越长，电流产生的热量越多.实验结论：实验结论：公式推导：公式推导：电能全部转化为内能：电能全部转化为内能：Q=W=IUt Q=W=IUt欧姆定律：欧姆定律：U=IRU=IRQ=IQ=I2 2 R tR t1.1.焦耳定律内容：焦耳定律内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方电流通

10、过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比.2.2.焦耳热：焦耳热：电流通过电阻而产生的热量称为焦耳热电流通过电阻而产生的热量称为焦耳热3.3.热功率：热功率：电阻通电时所产生的热量与产生这些热量电阻通电时所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值叫做热功率所用时间的比值叫做热功率P P热热=Q/t=I=Q/t=I2 2R R你是否还能举出几种生活中你是否还能举出几种生活中的电热器？的电热器？在有些情况下，产生的焦耳热对机器是有害的，在有些情况下，产生的焦耳热对机器是有害的，因此要通过增加表面积来及时散热因此要通过增加表面积来及

11、时散热四、电路中的能量转化四、电路中的能量转化R1.1.纯电阻电路纯电阻电路电能电能 内能内能电功电功=电热电热 W=IUt=W=IUt=I I2 2RtRt=Q Q电功率电功率=热功率热功率 P=P=IUIU=U=U2 2/R=/R=I I2 2R R=P P热热2U tR2.2.非纯电阻电路非纯电阻电路M电能电能 内能内能+其他形式的能其他形式的能W WQ=IQ=I2 2RtRtW W其他其他IUtIUtI I2 2RtRt电功电功:W=IUt :W=IUt 电热电热:Q=I:Q=I2 2RtRt电功率：电功率：P=IU P=IU 热功率：热功率：P P热热=I=I2 2R R对闭合电路，

12、根据闭合电路欧姆定律知，对闭合电路，根据闭合电路欧姆定律知，E=U+Ir E=U+Ir 等式两边同乘以等式两边同乘以I I，得，得IE=IU+IIE=IU+I2 2r r其物理意义是：其物理意义是：电源把其他形式的能转变为电能的功率电源把其他形式的能转变为电能的功率IEIE等于电等于电源输出功率源输出功率IUIU与电源内电路的热功率与电源内电路的热功率I I2 2r r之和之和.例例1 1：一规格为：一规格为“220V 1000W”“220V 1000W”的电炉，求：的电炉，求：（1 1）电炉正常工作时，通过电阻丝的电流）电炉正常工作时，通过电阻丝的电流（2 2）电炉的电阻）电炉的电阻 解解:

13、（1 1）由）由P=UIP=UI知，电炉正常工作时：知，电炉正常工作时：（2 2）电炉的电阻：由）电炉的电阻：由P=UP=U2 2/R/R 得得P1000IA4.5AU220额额额22U220R48.4P1000 额额例例2 2加在某台电动机上的电压是加在某台电动机上的电压是U U，电动机消耗的电，电动机消耗的电功率为功率为P P，电动机线圈的电阻为，电动机线圈的电阻为r r，则电动机线圈上消，则电动机线圈上消耗的热功率为（耗的热功率为（）C C分析：分析：在非纯电阻电路中计算电功率只能用在非纯电阻电路中计算电功率只能用P=UIP=UI，热功率只能用热功率只能用P P热热=I=I2 2R R所

14、以正确的是所以正确的是 C C22222UP rPP rA PBCDrUU.例例3.3.一个电动机，线圈电阻是一个电动机，线圈电阻是0.40.4，当它两端所，当它两端所加的电压为加的电压为220V220V时，通过的电流是时，通过的电流是5A.5A.这台电动这台电动机每分钟所做的机械功是多少机每分钟所做的机械功是多少?解解:根据能量守恒定律得根据能量守恒定律得:IUt=I IUt=I2 2Rt+WRt+W故故电动机每分钟所做的机械功为电动机每分钟所做的机械功为:W=(IU-I W=(IU-I2 2R)tR)t =(5 =(5220-5220-52 20.4)0.4)60J 60J =6.54 =

15、6.5410104 4J J一、电功一、电功W W 定义：定义：电场力电场力(或电流或电流)所做的功所做的功 公式：公式：W=IUt W=IUt 单位：单位：J 1kWh=3.6J 1kWh=3.610106 6J J二、电功率二、电功率P P定义：定义：单位时间内电流所做的功单位时间内电流所做的功公式：公式：P=W/t=IUP=W/t=IU 单位：单位：W kWW kW 三、电热三、电热Q Q定义定义:电流通过导体时产生的热量电流通过导体时产生的热量 公式：公式：Q=IQ=I2 2Rt Rt 单位：单位：J J 焦耳定律：焦耳定律：电流通过电阻产生的热量跟电流通过电阻产生的热量跟电流电流I

16、I的二次方的二次方成正比成正比.跟跟导体的电阻导体的电阻R R和通电时间和通电时间t t成正比成正比四、热功率四、热功率P P热热定义：定义：单位时间内的发热量单位时间内的发热量公式：公式：P P热热=I=I2 2R R 单位：单位：W kWW kWQt对纯电阻电路对纯电阻电路:电功电功=电热电热 电功率电功率=热功率热功率对非纯电阻电路对非纯电阻电路:电功电功 电热电热 电功率电功率 热功率热功率例如含电动机、电解槽的电路中，电能要分别转化为机例如含电动机、电解槽的电路中，电能要分别转化为机械能和化学能，还有一部分转化为电阻的内能械能和化学能，还有一部分转化为电阻的内能.1.1.一个电热器电

17、阻为一个电热器电阻为R R，当它两端电压为，当它两端电压为U U时，经过时，经过时间时间t t消耗的电能为消耗的电能为W W，若使它消耗的电能为，若使它消耗的电能为4W4W，下，下列方法正确的是（列方法正确的是（）A.A.电阻电阻R R不变，电压不变，电压U U不变，通电时间不变，通电时间t t变为原来的变为原来的2 2倍倍B.B.电阻电阻R R减半，电压减半，电压U U增大增大1 1倍，通电时间倍，通电时间t t不变不变C.C.电阻电阻R R不变，电压不变，电压U U增大增大1 1倍，通电时间倍，通电时间t t不变不变D.D.电阻电阻R R减半，电压减半，电压U U不变，通电时间不变，通电时

18、间t t不变不变C C2.2.小红家的电表允许通过的最大电流是小红家的电表允许通过的最大电流是10A10A，她家有，她家有4 4个标有个标有“220V 60W”“220V 60W”的灯泡，的灯泡，1 1个标有个标有“220V 1000W”“220V 1000W”的热水器，的热水器，1 1台制冷时耗电台制冷时耗电140W140W的电冰箱和一台耗电的电冰箱和一台耗电80W80W的电视机，则下列说法正确的是（的电视机，则下列说法正确的是（）A.A.所有用电器可以同时使用所有用电器可以同时使用B.B.除热水器外其他用电器可以同时使用除热水器外其他用电器可以同时使用C.C.关闭电视机后其他用电器可以同时

19、使用关闭电视机后其他用电器可以同时使用D.D.电冰箱制冷时，其他用电器不能同时使用电冰箱制冷时，其他用电器不能同时使用A A3.3.一只电炉的电阻丝的电阻和一台电动机线圈的电阻一只电炉的电阻丝的电阻和一台电动机线圈的电阻相同，都为相同，都为r.r.设通过它们的电流相同（电动机正常运设通过它们的电流相同（电动机正常运转），则在相同的时间内（转），则在相同的时间内（)A A电炉和电动机产生的电热相等电炉和电动机产生的电热相等B B电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率C C电炉两端电压小于电动机两端电压电炉两端电压小于电动机两端电压D D电炉和电动机两端电压相等电炉和

20、电动机两端电压相等ABCABC4.4.有一个直流电动机，把它接入有一个直流电动机，把它接入0.2V0.2V电压的电路电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A0.4A，若把它接入若把它接入2V2V电压的电路中，电动机正常工作，电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是工作电流是1A.1A.求：求：（1 1）电动机正常工作时的输出功率）电动机正常工作时的输出功率.（2 2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为

21、纯电阻用电器）转子不转动时为纯电阻用电器）解解:(1)(1)电动机加电动机加0.2V0.2V电压时，电动机不转，可看成是纯电压时，电动机不转，可看成是纯电阻用电器，根据部分电路欧姆定律得电阻用电器，根据部分电路欧姆定律得I=I=得电动机电阻得电动机电阻 R=0.5 R=0.5接入接入2V2V的电压时，电动机正常工作，电流为的电压时，电动机正常工作，电流为1A 1A 此时电动机输出功率此时电动机输出功率P P出出=P=P电电-P-P热热=IU-I=IU-I2 2R=R=（1 12-2-1 11 10.50.5）W=1.5WW=1.5W所以电动机正常工作时的输出功率所以电动机正常工作时的输出功率P=PP=P出出=1.5W=1.5W(2)(2)转子突然被卡住后，可看成纯电阻电路转子突然被卡住后，可看成纯电阻电路根据部分电路欧姆定律根据部分电路欧姆定律 I=I=得得通过电动机的电流强度通过电动机的电流强度I=4AI=4A电动机的发热功率电动机的发热功率P P热热=I=I2 2R=4R=42 20.5W=8W0.5W=8W0.20.4URUIUR2A0.5 我们可以不美丽，但我们健康；我们可以不伟大，但我们庄严；我们可以不完满，但我们努力.