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1、1/7 物理学科培训师辅导讲义 讲义编号 学员编号 年 级 九年级 课时数 2 学员姓名 辅 导 科 目 物理 学科培训师 学科组长签字 教务长签字 课 题 电功、电功率、焦耳定律复习 备课时间：2013-11-17 授课时间：2013-11-24 教学目标 知道电流的热效应 通过实验探索电流的热效应跟电流、电阻、通电时间的关系 重点、难点 初步运用电学相关公式解决串并联电路中简单的实际问题 理解焦耳定律的内容、公式、单位及其应用 考点及考试要求 掌握功率的单位及计算公式：PtW，并能利用公式进行计算 理解焦耳定律的内容，公式并进行相关计算 教学内容 1.电功和电功率（1）定义：电路中电场力对
2、定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。（2）实质：能量的转化与守恒定律在电路中的体现。电能通过电流做功转化为其他形式能。上一章里学过电场力对电荷的功，若电荷q在电场力作用下从A搬至B，AB两点间电势差为UAB，则电场力做功W=qUAB。对于一段导体而言，两端电势差为U，把电荷q从一端搬至另一端，电场力的功W=qU，在导体中形成电流，且q=It，（在时间间隔t内搬运的电量为q，则通过导体截面电量为q，I=q/t），所以W=qU=ItU。这就是电路中电场力做功即电功的表达式。（3）表达式：W=IUt（适用于所有电路）说明：表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压
3、、电路中电流和通电时间成正比。适用条件：I、U不随时间变化恒定电流。（4）单位：电流单位用安培（A），电压单位用伏（V），时间单位用秒（s），则电功的单位是焦耳（J）。1KW.h=3.6x106 J（5）电功率 物理意义：一段电路上功率，跟这段电路两端电压和电路中电流成正比。此公式适用于所有点路。单位：功的单位用焦耳（J），时间单位用秒（s），功率单位为瓦特（W）。1W=1J/s 这里应强调说明：推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表2/7 达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。所以在这里瞬时功率和平均功率相等。额定功率：用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个
4、电压下消耗的功率称额定功率。一般说来，用电器电压不能超过额定电压，但电压低于额定电压时，用电器功率不是额定功率，而是实际功率。实际功率P=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。再者，这里W=IUt是电场力做功,是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。电流在通过导体时，导体要发热，电能转化为内能。这就是电流的热效应，那么如果想求出转化的内能得多少，学习焦耳定律就可以求出了。英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。2.焦耳定律（1）纯电阻和非纯电阻电路 纯电阻电路：W=Q 如白炽灯、电炉 非纯电阻电路：W=Q+W其他 如电动机、电解槽（2）焦耳定律表达式
5、：Q=I2Rt（适用于所有电路）（3）简单介绍产生焦耳热的原因：金属中自由电子在电场力作用下定向移动，由于电场做功，电子动能增加，但不断地与晶格（原子核点阵）碰撞，不断把能量传给晶格，使晶格中各粒子在平衡位置附近的热运动加剧，从而温度高。3热功率（1）定义：点位时间内的发热量（2）表达式：P=Q/t=I2R（电功Q=I2Rt对所有电路中电阻的生热都适用，所以热功率也适用于所有电路）4应用（1）在纯电阻电路中的应用 注意：欧姆定律U=IR只适用于纯电阻电路（2）在非纯电阻电路中的应用 W=Q+W其他 P=P电+P其他(3)非纯电阻电路中的电功和电功率（以含电动机电路为例）非纯电阻电路中，电能与其
6、他形式能转化的关系非常关键。以电动机为例，电动机电路如图所示，电动机两端电压为U，通过电动机电流为I，电动机线圈电阻为R，则电流做功或电动机消耗的总电能为W=IUt，电动机线圈电阻生热Q=I2R0t，电动机还对外做功，把电能转化为机械能，W=WQ=IUt-I2R0t，W是电动机输出的机械能。这是一个非纯电阻电路，可满足U=IR0，且W0，则有UIR0。3/7 一类：电热器 1下面的图表是从某台电热饮水机的说明书上收集到的信息。经分析得知，电热饮水机有加热和保温两种工作状态，当 S 闭合、S0断开时，饮水机处于保温状态，当 S、S0同时闭合时，饮水机处于加热状态，求：（1）电热饮水机在保温状态下
7、正常工作时的电流。（计算结果保留两位小数）（2）电热饮水机保温 2h 产生的热量？（3）电阻 R1的阻值。二类：含有电动机（非纯电阻电路）1电吹风是现代家庭的常用电器。如图甲所示是电吹风的电路原理图，R 是电热丝，M是带动风扇转动的电动机，某电吹风的主要技术参数如图乙所示。（1）当只闭合 S1时，电吹风正常工作 1min 消耗的电能是多少焦？（2）当同时闭合 S1、S2时，电吹风正常工作。通过 R 的电流为多大？（3）当电吹风正常工作并且吹热风时，1min 内电流通过 R 产生的热量是多少？2如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能
8、量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加 220 V 电压时，通过电动机线圈的电流为 50A。问：（1）每分钟该电动机消耗的电能是多少？（2）已知电流通过导体时产生的热量 Q=I2Rt（其中 I、R 和 t 分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电阻是 0.4，则线圈每分钟产生的热量是多少？（3）这台电动机每分钟所做的机械功是多少？热水箱容量 2 L 额定电压 220 V 加热时的功率 400 W 保温时的功率 40 W 4/7 三类：物质吸热（一）1微波炉是一种清洁卫生无污染，效率较高的家用电器某微波炉的铭牌如下表所示将体积为 275mL、初温是
9、 20的水放入该微波炉中用最大功率加热 1min，取出后测得水温是 40若水的比热容为 4.2103J/(kg)求：（1）微波炉加热时，电路中的电流是多少？（2）加热过程中消耗的电能是多少？（3）加热过程中，水吸收的热量是多少？（二）1太阳能热水器是利用太阳能来加热水的一种装置，小新同学家有一台太阳能热水器安装在离地面 10m 高的屋顶上，现需要初温为 10的 100kg 的水，加热到 60，则 （1）把这些水从地面输送到屋顶的热水器中，需要对水做多少功？（2）这些水要从太阳那里吸收多少热量？（3）下雨时，改用热水器中的电辅助设备加热（加热功率 1500w），若不计热损失，加热这些水需要多少时
10、间？g=10N/kg C 水=4.2103J/kg （三）1李佳同学家里的电热饮水机有加热加保温两种状态，这两种状态轮流工作，完全由温控开关 S0自动控制：当胆内水的温度被加热到 90时，加热状态就停止而进入保温状态；当胆内水的温度降到 60时，加热状态就启动。如图是该饮水机的电路原理图。李佳同学通过观察还发现：当胆内装有 1kg 水时，饮水机的加热状态每次只启动 5min就停止。问：（1）温控开关 S0 在何种状态（断开或闭合）时，饮水机处在保温状态？这时饮水机的电功率是多少？（2）在加热状态中，饮水机把电能转化为水的内能的效率是多少？已知水的比热容为4.2103J/（kg）防触电保护类型
11、1类 额定容积 20L 型号 NNS313WF 电源频率 50Hz 额定电压 220V 质量 12kg 最大功率 1100W 5/7 课后作业 1、（一类：电热器）如图所示的电饭煲，内部有两条电阻丝，每条电阻丝的阻值都为 110（电阻丝的阻值恒定不变）。电饭煲的额定功率从大到小有高、中、低三挡，额定电压是 220V。把电饭煲接在 220V 的电源上，求：（1）把电饭煲的额定功率打到中档时，内部是一条电阻丝接入电路，通过它的电流多大？（2）把电饭煲的额定功率打到低挡时，内部是两条电阻丝串联接入电路，电饭煲的电功率多大？（3）电饭煲在中档和低档相同时间产生的电热之比是多少？（三类：物质吸热）（一）
12、2、一天，厂家正在为一种新型电热水壶做宣传。只见宣传广告上写道“HR 型电热水壶效率高、省时、省电，功率仅为 700W，烧开一壶水仅需 5min是现代家庭必不可少的节能饮水器具”。过路的小军买了一个这样的电热水壶，壶身上标有“2.5L”字样。回家后灌满水通上电，果然 5min 多点就把一壶水烧开了！己知水的密度是 1.0103kg/m3，水的比热容是 4.2103J/(kg)，试计算并回答：（1）这壶水的质量是多少？（2）这壶水从 20到烧开，需要吸收多少热量？（3）通过计算说明该广告是否可信。（4）你认为不法厂商最可能从电热水壶的哪项指标上做虚假宣传？为什么？3如图所示是小明家的电热水壶及铭
13、牌，他用该电热水壶将 1.5 kg 的水从 20加热到100。6/7（1）水吸收的热量是多少？c水=4.2103 J/(kg)（2）若电热水壶正常工作，且产生的热量全部被水吸收，需要加热多长时间？（3）若电热水壶实际加热时间大于上述计算的加热时间，可能的原因有哪些？（写出两种）（二）2 森林是一巨大的天然“氧吧”，因为绿色植物在光合作用下可以放出大量的氧气 小明同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装 6kg 的水水的比热容是 4.2103J/(kg)，水面的表面积为 0.1m2，经太阳垂直照射 15min，温度升高了1请计算：（1）实验时 6kg 的水吸收了多少热量？
14、（2）若地表植物接收太阳能的能力与水相等，每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？（3）100m3绿地每秒可以放出多少升的氧气？（设绿色植物在光合作用下每吸收 103J的太阳能可以放出 0.05L 的氧气）3太阳能是一种理想的绿色能源。李刚家最近安装了一台太阳能、电能两用热水器，如图所示。请回答下列问题：（1）设水箱可装水 80kg，在一般的光照条件下，一满箱 20的水到傍晚时，水温可达到 55，则水吸收的热量是多少？相当于多少立方米的煤气完全燃烧放出的热量？c水=4.2103 J/(kg)；煤气的热值约 4107J/m3 （2）在阴雨连绵的天气里，水箱中的水需要用电加热器来加热。若该电加热器规格为“220V 1.8kW”，要使满箱水同样从 20升高到 55，电加热器至少需要正常工作多少时间？（三）7/7 3小星家的太阳能热水器，水箱容积是 200 L。小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为 20，然后给热水器水箱送满水，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为 45。请你求解下列问题：（1）水箱中水的质量；水吸收的热量。c 水=4.2103J/（kg）（2）如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为 40%，求至少需要燃烧多少煤气。（煤气的热值 q=4。2107J/kg）