第六第六节焦耳定律焦耳定律电路中的能量路中的能量转化化课标定位定位学学习目目标：1.能能从从能能量量转化化的的角角度度理理解解电功功、电热和和电功率的含功率的含义2理理解解焦焦耳耳定定律律的的意意义，并并能能利利用用焦焦耳耳定定律解决律解决实际问题3知知道道电功功和和电热的的区区别，并并能能计算算纯电阻阻电路和非路和非纯电阻阻电路中的路中的电功、功、电热重重点点难点点：纯电阻阻电路路和和非非纯电阻阻电路路中中电功、功、电热的区的区别和和应用用 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第六六节焦焦耳耳定定律律电路路中中的的能能量量转化化课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、一、电功功电功率功率1电功功，即即电流流做做功功，实质上上是是导体体中中的的_对自由自由电荷的荷的_力在做功力在做功2电流流做做功功的的过程程就就是是_转化化为_能能的的过程程，电流流做做功功的的多多少少等等于于_转化化为_能的数量能的数量3电功的公式：功的公式：_.4电功功率率即即单位位时间内内_，电流流在在一一段段电路路上上做做功功的的功功率率等等于于电流流I与与这段段电路路两端的两端的电压U的乘的乘积表达式表达式为P _.恒定恒定电场静静电电能能其他形式其他形式电能能其他形式其他形式WUIt电流所做的功流所做的功UI二、焦耳定律二、焦耳定律热功率功率1 内内 容容 ： 电 流流 通通 过 导 体体 产 生生 的的 热 量量 跟跟_成成正正比比，跟跟_及及_成正比成正比2公式：公式：QI2Rt.3热功功率率：单位位时间内内的的发热功功率率P热_ _.电流的二次方流的二次方导体的体的电阻阻通通电时间I2R三、三、电路中的能量路中的能量转化化1电源源内内部部：_转化化为_同同时，电源源本本身身也也有有一一定定的的_电流流流流过时电源源也也会会_，消耗，消耗_2外外电路路：通通过_做做功功，将将电源源输出出的的_转化化为_的能量的能量3表达式：表达式：_.4物物理理意意义：电源源把把其其他他形形式式的的能能量量转化化为电能能的的功功率率_，等等于于_与与电源源内内电路路的的_之之和和，闭合合电路路欧欧姆姆定定律律实质上上是是_在在闭合合电路中的具体体路中的具体体现其他形式的能其他形式的能电能能电阻阻发热一部分一部分电能能电场力力电能能其他形式其他形式IEIUI2rIE电源源输出功率出功率IU热功率功率I2r 能量守恒定律能量守恒定律核心要点突破核心要点突破一、一、纯电阻和非阻和非纯电阻阻电路的区路的区别即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)1.一一只只电炉炉的的电阻阻丝电阻阻和和一一台台电动机机线圈圈电阻阻相相同同，都都为R，设通通过的的电流流相相同同，则(在在相相同同时间内内)下列下列说法正确的是法正确的是()A电炉和炉和电动机的机的电热相等相等B电动机消耗功率大于机消耗功率大于电炉消耗功率炉消耗功率C电炉两端炉两端电压小于小于电动机两端机两端电压D电炉和炉和电动机两端机两端电压相等相等解解析析：选ABC.此此题关关键是是分分清清电炉炉丝是是纯电阻阻用用电器，而器，而电动机是非机是非纯电阻用阻用电器器二、二、电功和功和电热的理解的理解即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2.关于关于电功功W和和电热Q的的说法正确的是法正确的是()A在在任任何何电路路中中都都有有WUIt、QI2Rt，且且WQB在在任任何何电路路中中都都有有WUIt、QI2Rt，但但W不不一定等于一定等于QCWUIt、QI2Rt均均只只有有在在纯电阻阻电路路中中才才成成立立DWUIt在在任任何何电路路中中成成立立，QI2Rt只只在在纯电阻阻电路中成立路中成立解解析析：选B.WUIt、QI2Rt适适用用于于一一切切电路路，但但在在纯电阻阻电路路中中WQ，在在非非纯电阻阻电路路中中WQ，B对，A、C、D错三、三、闭合合电路中的几种功率路中的几种功率1几种功率及相互关系几种功率及相互关系物理量物理量内容内容 电源的功率源的功率P电源的内源的内耗功率耗功率P内内电源源输出出功率功率P外外普适表达普适表达式式PIEP内内I2rP外外IU外外纯电阻阻电路路PI2(Rr)P内内I2rP外外I2R联系系PP内内P外外或或IEI2rIU外外(4)当当P出出Pm时时，每每个个输输出出功功率率对对应应两两个个可可能能的外的外电电阻阻R1和和R2，且，且R1R2r2.(5)P出与出与R的关系如的关系如图图261所示所示图261即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)3.如如图262所所示示，电源源电动势E10 V，内内阻阻r0.2 ，标有有“8 V16 W”的的灯灯泡泡L恰恰好好正正常常发光光，电动机机线圈圈电阻阻R00.15 ，则电源源的的输出功率出功率为()A16 WB440 WC80 W D400 W图262课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一纯电阻阻电路和非路和非纯电阻阻电路路电功功计算算例例例例1 1 在在研研究究微微型型电动机机的的性性能能时，可可采采用用如如图263所所示示的的实验电路路当当调节滑滑动变阻阻器器R，使使电动机机停停止止转动时，电流流表表和和电压表表的的示示数数分分别为0.5 A和和1.0 V；重重新新调节R，使使电动机机恢恢复复正正常常运运转时，电流流表表和和电压表表的的示示数数分分别为2.0 A和和15.0 V求求这台台电动机机正正常常运运转时的的输出出功功率率和和电动机的机的线圈圈电阻阻图263【思思路路点点拨】(1)电动机机不不转时相相当当于于纯电阻，由欧姆定律求阻，由欧姆定律求线圈圈电阻阻(2)根根据据能能量量守守恒恒求求电动机机正正常常运运转时的的输出出功率功率【答案答案】22.0 W2 【规律律总结】非非纯电阻阻电路路中中欧欧姆姆定定律律IU/R不不成成立立. 电功功率率、电热功功率率只只能能用用PUI和和PI2R求解其他功率用能量关系求解其他功率用能量关系处理理变变式式训训练练1如如图图264所所示示，电电阻阻R120 ，电电动动机机绕绕组组的的阻阻值值R210 .当当开开关关断断开开时时，电电流流表表的的示示数数是是I00.5 A，当当开开关关合合上上后后，电电动动机机转转动动起起来来，电电路路两两端端的的电电压压不不变变，电电流流表表的的示示数数I和和电电路路消消耗耗的的电电功功率率P应应是是()AI1.5 A BI1.5 ACP15 W DP15 W图264解解析析：选BD.由由题意意知知，电路路两两端端的的电压UR1I010 V，闭合合开开关关后后，当当电压全全部部加加在在电动机机的的内内阻阻上上时，它它的的电流流为1 A，但但只只有有一一部部分分电压加加在在电动机机内内阻阻上上，所所以以I1.5 A，B对；同同理理电动机机所所消消耗耗的的功功率率也也小小于于10 W，则电路路消耗的消耗的电功率功率P15 W，D正确，故正确，故选B、D.类型二类型二串、并串、并联电路中的功率路中的功率计算算例例例例2 2 给定定两两只只标有有“110 V40 W”的的灯灯泡泡L1和和标有有“110 V100 W”的的灯灯泡泡L2及及一一只只最最大大阻阻值为500 的的滑滑动变阻阻器器R，将将它它们接接在在220 V的的电路路中中，在在下下图所所示示的的几几种种接接法法中中，最最合合理理的的是是()图265【思思路路点点拨】该题所所谓的的最最合合理理就就是是既既能能使使两两个个灯灯泡泡正正常常发光光，又又能能使使滑滑动变阻阻器器消消耗耗的的功功率率最小，此最小，此时电路中的路中的电流流应该最小最小【精精讲精精析析】由由L1(110 V,40 W)，L2(110 V,100 W)，可可知知R1R2，由由串串、并并联电流流电压特特点点可可知知A、D中中L1、L2一一定定不不会会同同时正正常常发光光，虽然然B、C能能使使L1、L2同同时正正常常发光光，但但B中中P总2(P1P2)，C中中P总2P2，所以，所以选C.【答案答案】C【规律律总结】求求解解这类问题，首首先先要要明明确确电路路中中各各元元件件之之间的的连接接关关系系，再再利利用用串串、并并联电路路的的一一些些性性质和和功功率率分分配配关关系系求求出出各各元元件件消消耗耗的的功功率率电路路中中消消耗耗的的总功功率率等等于各元件消耗的功率之和于各元件消耗的功率之和变变式式训训练练2如如图图266所所示示，R1和和R2都都是是“4 W,100 ”的的电电阻阻，R3是是“1 W,100 ”的的电电阻阻，则则AB间间允允许许消消耗耗的的最最大大功功率率是是_ W.图266答案：答案：6类型三类型三闭合电路中的功率问题闭合电路中的功率问题例例例例3 3 如如图267所所示示，电路路中中电池池的的电动势E5 V，内内电阻阻r10 ，固固定定电阻阻R90 ，R0是是可可变电阻阻，在在R0从从零零增增加加到到400 的的过程中，求：程中，求：图267(1)可可变变电电阻阻R0上上消消耗耗功功率率最最大大的的条条件件和和最最大大热热功率；功率；(2)电电池池的的电电阻阻r和和固固定定电电阻阻R上上消消耗耗的的最最小小热热功率之和；功率之和；(3)R0调调到多少到多少时时R上消耗的功率最大上消耗的功率最大【思思路路点点拨拨】求求R0消消耗耗的的功功率率最最大大时时，可可将将Rr都都当当作作电电源源的的内内电电阻阻来来处处理理；求求R上上消消耗耗的的功功率率最最大大时时，R0不不能能当当作作电电源源内内阻阻了了，因因为为它它是是可可变变的的，调调到到最最小小时时，电电路路中中的的电电流流最大，因此最大，因此R上的功率就最大上的功率就最大【规律律总结】当当内内、外外电路路电阻阻相相等等时，电源源有有最最大大输出出功功率率，这个个条条件件适适用用求求变阻阻器器上上消消耗耗的的最最大大功功率率，不不适适用用于于求求定定值电阻阻上上消消耗耗功功率率的的最最大大值因因为R0是是可可变电阻阻，不不能能当当作作电源源内内阻阻当当R0的的阻阻值等等于于零零时电路路中中会会出出现最最大大电流流，而此而此时却是却是R的最大功率的条件的最大功率的条件变变式式训训练练3(2020年年广广东东模模拟拟)如如图图268所所示示，电电动动势势为为E、内内阻阻不不计计的的电电源源与与三三个个灯灯泡泡和和三三个个电电阻阻相相接接只只合合上上开开关关S1，三三个个灯灯泡泡都都能能正正常常工工作如果再合上作如果再合上S2，则下列表述正确的是，则下列表述正确的是()A电源输出功率减小电源输出功率减小BL1上消耗的功率增大上消耗的功率增大C通过通过R1上的电流增大上的电流增大D通过通过R3上的电流增大上的电流增大图268解解析析：选C.在在合合上上S2之之前前，三三灯灯泡泡都都能能正正常常工工作作，合合上上S2之之后后，电路路中中的的总电阻阻R总减减小小，则I总增增大大，即即流流过R1的的电流流增增大大，由由于于不不计内内阻阻，电源源的的输出出功功率率P出出EI，可可见电源源的的输出出功功率率增增大大，A错误；R1两两端端的的电压增增大大，则并并联部部分分的的电压减减小小，通通过L1和和R3的的电流流都都减减小小，L1上上消耗的功率减小，可消耗的功率减小，可见C正确正确