【物理】2010-2011学年同步学案（人教选修3-1）：第2章 恒定电流 第5-6节 焦耳定律 电阻定律 人教版.doc

第5节　焦耳定律 要点 电动机模型 1．电动机的等效处理 图2－5－2 电动机是一种非纯电阻性用电器，它把电能转化为机械能和热能．在电路计算中，常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成，如图2－5－2所示，电流通过rD时把电能转化为热能，而线圈D把电能转化为机械能． 2．输入功率：电动机的总功率．由电动机电路的电流和电压决定，计算：P总＝UI. 3. 图2－5－3 输出功率：电动机做有用功的功率．如图2－5－3所示，P出＝mg·v(设重物匀速上升)． 4．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热、热功率P热＝I2r. 5．功率关系P总＝P出＋P热． 6．电动机的效率η＝×100%. 7．解决电动机问题注意分两种情况： (1)当电动机正常工作时，要分别搞清电动机的总功率、输出功率和热功率． (2)当电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻电路. 1．纯电阻电路和非纯电阻电路的有何区别？ 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器 欧姆定律 遵从欧姆定律I＝ 不遵从欧姆定律：U>IR或I< 能量转化 电流做功全部转化为内能 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能 元件举例 电阻、电炉丝等 电动机、电解槽等 2.电功和电热间的有何关系？ 项目 电功 电热 电功与电热的比较 电功实质是静电力移动电荷做的功，W＝qU＝UIt 电热是由于电流的热效应，电流通过导体发热，Q＝I2Rt 电功与电热 的联系与区别 纯电阻电路中，U＝IR，UIt＝I2Rt＝U2t/R 电功等于电热 非纯电阻电路中电流通过导体时，不仅发热，而且还能做功、电解、形成磁场等等．在非纯电阻电路中电功大于电热，即W>Q，UIt>I2Rt 电功率与电热 功率的关系 纯电阻电路中，P＝UI＝I2R＝ 非纯电阻电路中UI>I2R，t既不能表示电功，也不能表示电热 一、电功的计算 【例1】 一根电阻丝，通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　) A．4 V,16 J　　　　　　　　B．8 V,16 J C．4 V,32 J D．8 V,32 J 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＝4 V. 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＝×4 V＝8 V W2＝q2U2＝4×8 J＝32 J 二、电功和电热的区别 【例2】 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0.3 V，电流为0.3 A．松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，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？ 答案　1.6 W　0.96 W 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＝1 Ω 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＝0.8×2 W＝1.6 W 电动机的机械功率 P机＝P入－Ir＝1.6 W－0.82×1 W＝0.96 W 1.家用电饭锅有两种工作状态， 图2－5－4 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 答案　CD 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 答案　D 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 答案　B 4．用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，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110 V时，煮沸一壶水需要2t s B．当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s C．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s D．当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s 答案　BD 解析　由公式Q