1、第第 3 节节 电功与电热电功与电热 核 心 素 养 物理观念 科学态度与责任 能理解电功、电功率及焦耳定律的内涵；能用 焦耳定律解释生产、生活中的电热现象，能解 决一些电热问题。具有与恒定电流相关的能量 观念。 能体会电能的使用对人 类生活和社会发展的影 响。 知识点一 电功和电功率 观图助学 电熨斗通电时发热，电动机通电时对外做功，这两种电器的内能、机械能都是电 能转化而来的。能量的转化是通过电流做功实现的。 1.电功 (1)自由电荷在电场力的作用下定向运动而形成电流，电场力对自由电荷做的功， 称为电功。 (2)公式：如果电路两端的电压是 U，电流为 I，在时间 t 内电流做的功 WUIt
2、。 2.电功率：单位时间内电流所做的功就叫做电功率。用公式表示为：PW t UI， 单位：瓦特(W)。 知识点二 焦耳定律 1.焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电 时间成正比。这就是焦耳定律。 (2)公式：QI2Rt。 (3)在只含电阻的纯电阻电路中，由 UIR，可推得 QU 2 R t。 2.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的电热。 (2)非纯电阻电路：含有电动机或电解槽的电路称为非纯电阻电路。在非纯电阻电 路中，电能除部分转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能。 (3)纯电
3、阻电路中：WQ；PP热； 非纯电阻电路中：WQE其他Q；PP热P其他P热。 思考判断 (1)电功率越大，电功越大。() (2)1 千瓦时3.6106 J。() (3)非纯电阻电路中，电热的表达式是 QI2Rt。() (4)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。() (5)根据 IU R可导出 P U2 R ，该公式可用于任何用电器。() 知识点三 身边的电热 1.电流热效应的应用 如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用电流的热效应工作的。 2.电流热效应的危害 如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热，降低电能的 传输效率，电流过大，散热不好，还会烧坏电线的绝缘层，引起
4、漏电、触电等事 故。 研究电路中的能量转化关系，首先应该研究电流做的功，即电功。 电功的微观解释 当给导体两端加上电压后，导体内部产生电场，在静电力作用下，自由电荷定向 移动就形成了电流，静电力对自由电荷做功，也是电场力对移动电荷做功，在直 流电路部分，就称为电功。通过静电力做功，用电器把电能转化成了各种各样的 能量，服务于我们现在的生活。 电功率是衡量用电器做功快慢的物理量 电热的微观解释 在自由电荷定向移动时，由于导体中金属离子的存在，自由电荷不断地与金属离 子发生碰撞，使得金属离子的运动加剧，从而使导体温度升高，即产生了电热， 这一过程中电能转化为内能，电热的多少反映了电能转化为内能的多
5、少。 (1)纯电阻电路的模型及能量转换关系 (2)非纯电阻电路的模型及能量转换关系 核心要点 电功和电功率 要点归纳 1.对电功的理解 (1)从能的角度看，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大 小量度了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。 (2)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。 2.对电功率的理解 (1)电功率表示电流做功的快慢或用电器消耗电能的快慢。 (2)公式 PW t UI 对任何电路都适用。 3.额定功率和实际功率 (1)额定功率：用电器正常工作时所消耗的功率，当用电器两端的电压达到额定电 压或电流达到额定电流时，用电器达到额定功率。
6、P额、I额、U额其中一个达到额 定值，则另外两个也为额定值。 (2)实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率，一般情况下，为保证用电器 的安全，实际功率应小于或等于额定功率。 试题案例 例 1 (多选)下列关于电功和电功率的说法中，正确的是( ) A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关 B.电功是电能转化为其他形式能的量度 C.白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率 D.电功率越小，则电流做功越少 解析 用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是由用电器本身的结构决 定的，与实际电流和实际电压无关，故 A 项错误，C 项正确；功是能量转化的量 度，电功是量度电能转化成其他形式
7、能量的物理量，所以 B 项正确；电流做功的 多少不仅与功率的大小有关，还与通电时间有关，D 项错误。 答案 BC 针对训练 1 一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为 36 W 与 36 V。若把此灯 泡接到输出电压为 18 V 的电源两端，则灯泡消耗的电功率( ) A.等于 36 W B.小于 36 W，大于 9 W C.等于 9 W D.小于 9 W 解析 白炽灯在正常工作时的电阻为 R，由 PU 2 R 变形得 R36 ，当接入 18 V 电压时，假设灯泡的电阻也为 36 ，则它消耗的功率为 PU R 18 2 36 W9 W， 但是当灯泡两端接入 18 V 电压时， 它的发热功率小， 灯
8、丝的温度较正常工作时的 温度低，其电阻率小，所以其电阻要小于 36 ，其实际功率要大于 9 W，故选项 B 正确。 答案 B 核心要点 纯电阻电路和非纯电阻电路 要点归纳 纯电阻电路和非纯电阻电路 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转 化情况 电功和电 热的关系 WQ 即 IUtI2RtU 2 R t WQE其他 UItI2RtE其他 电功率和 热功率的 关系 PP热 即 UII2RU 2 R PP热P其他 即 UII2RP其他 欧姆定律 是否成立 成立 UIR IU R 不成立 UIR IP热I2R，UIR 而有 UIR。 (3)输入功率指电动机消耗的总功率，热功率是线圈上的电阻的发热功率。输出
9、功 率是指电动机将电能转化为机械能的功率，三者的关系 UII2RP机。 针对训练 2 (多选)在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当 调节滑动变阻器 R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为 0.5 A 和 1.0 V；重新调节 R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为 2.0 A 和 15.0 V。则有关这台电动机正常运转时的说法正确的是( ) A.电动机的内电阻为 2 B.电动机的内电阻为 7.5 C.电动机的输出功率为 30 W D.电动机的输出功率为 22 W 解析 当电动机不转动时，电动机消耗的电功率等于热功率，电压表与电流表示 数的比值就是电
10、动机的电阻，即 RU I 2 ，选项 A 正确，B 错误；当电动机正 常工作时，电动机的输出功率为 P出UII2R22 W，选项 C 错误，D 正确。 答案 AD 1.(电功和电功率的理解)(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的 是( ) A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B.WIUt 适用于任何电路，而 WI2RtU 2 R t 只适用于纯电阻电路 C.在非纯电阻电路中，UII2R D.焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路 解析 电功率公式 PW t ，表示电功率越大，电流做功越快。对于一段电路，有 PUI，IP U，焦耳热 Q( P U) 2Rt，可见
11、Q 与 P、U、t 都有关，所以 P 越大，Q 不一定越大，A 错误；WUIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而 IU R只适 用于纯电阻电路，B 正确；在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式 的能，所以 WQ，即 IUI2R，C 正确；QI2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何 电路，D 正确。 答案 BCD 2.(焦耳定律的应用)通过电阻 R 的电流为 I 时，在 t 时间内产生的热量为 Q，若电 阻为 2R，电流为I 2，则在时间 t 内产生的热量为( ) A.4Q B.2Q C.Q 2 D.Q 4 解析 根据 QI2Rt 得，电阻变为原来的 2 倍，电流变为原来的1 2，时间不变，
12、则 热量变为原来的1 2，C 正确。 答案 C 3.(非纯电阻电路的特点及有关计算)如图所示是一直流电动机工作时的电路图。 电 动机内阻 r0.8 ，电路中另一电阻 R10 ，直流电压 U160 V，电压表示数 UV110 V。试求： (1)通过电动机的电流； (2)输入电动机的总功率； (3)电动机输出的机械功率。 解析 (1)由电路中的电压关系可得电阻 R 的电压 URUUV(160110) V50 V 通过电阻 R 的电流 IRUR R 50 10 A5 A 即通过电动机的电流 IMIR5 A。 (2)电动机的分压 UMUV110 V 输入电动机的总功率 P总IMUM550 W。 (3)电动机的热功率 P热I2Mr20 W 电动机输出的机械功率 P出P总P热530 W。 答案 (1)5 A (2)550 W (3)530 W