2.5  焦耳定律

教師：電流做功，消耗的是電能。電能轉化為什么形式的能與電路中的電學元件有關。在純電阻元件中電能完全轉化成內能，于是導體發熱。設在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為r，通過的電流為i，試計算在時間t內電流通過此電阻產生的熱量q。學生：求解產生的熱量q。解：據歐姆定律加在電阻元件兩端的電壓u=ir 在時間t內電場力對電阻元件所做的功為w=iut=i2rt 由于電路中只有純電阻元件，故電流所做的功w等于電熱q。產生的熱量為

q=i2rt 教師指出：這個關系最初是物理學家焦耳用實驗得到的，叫焦耳定律，同學們在初中已經學過了。學生活動：總結熱功率的定義、定義式及單位。熱功率：（1）定義：單位時間內發熱的功率叫做熱功率。（2）定義式：p熱= =i2r （3）單位：瓦（w）［演示實驗］研究電功率與熱功率的區別和聯系。（投影）實驗電路圖和實驗內容： 取一個玩具小電機，其內阻r=1.0 ω，把它接在如圖所示的電路中。（1）先夾住電動機軸，閉合電鍵，電機不轉。調整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數為0.50 v，記下電流表的示數，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。（2）再松開夾子，使小電機轉動，調整滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數為2.0 v（此電壓為小電機的額定電壓），記下電流表的示數，算出小電機消耗的電功率和熱功率，并加以比較。［實驗結果］（1）電機不轉時，u=0.50 v，i=0.50 a，

p電=ui=0.50×0.50 w=0.25 w

p熱=i2r=0.502×1.0 w=0.25 w

p電=p熱 （2）電機轉動時，u=2.0 v，i=0.40 a，

p電=ui=2.0×0.40 w=0.80 w

p熱=i2r=0.402×1.0 w=0.16 w

p電＞p熱 學生：分組討論上述實驗結果，總結電功率與熱功率的區別和聯系。師生共同活動：總結：（1）電功率與熱功率的區別電功率是指輸入某段電路的全部功率或在這段電路上消耗的全部電功率，決定于這段電路兩端電壓u和通過的電流i的乘積。熱功率是在某段電路上因發熱而消耗的功率，決定于通過這段電路的電流的平方i2和電阻r的乘積。（2）電功率與熱功率的聯系若在電路中只有電阻元件時，電功率與熱功率數值相等。即p熱=p電 教師指出：上述實驗中，電機不轉時，小電機就相當于純電阻。若電路中有電動機或電解槽時，電路消耗的電功率絕大部分轉化為機械能或化學能，只有一少部分轉化為內能，這時電功率大于熱功率，即p電＞p熱。教師指出：上述實驗中，電機轉動時，電機消耗的電功率，其中有一部分轉化為機械能，有一部分轉化為內能，故p電＞p熱。（投影）教材56頁

教師引導學生完成對例題的分析、求解。 （三）課堂總結、點評 教師活動：讓學生概括總結本節的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。學生活動：認真總結概括本節內容，并把自己這節課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。 點評：總結課堂內容，培養學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。 （四）實例探究 ☆求兩點間的電勢差 【例1】不考慮溫度對電阻的影響，對一個“220v，40w”的燈泡，下列說法正確的是 a.接在110 v的電路上時的功率為20 w b.接在110 v的電路上時的功率為10 w c.接在440 v的電路上時的功率為160w d.接在220 v的電路上時的功率為40 w 解析：正確選項為bd。（法一）由 得燈泡的電阻 ω＝1210ω ∴電壓為110v時，  w=10 w 電壓為440v時，超過燈炮的額定電壓一倍，故燈泡燒壞，p=0. （法二）由 �？芍猺一定時，p∝u2， ∴當u=110v= ，p=p額/4=10 w 說明：燈泡是我們常用的用電器，解題時一般不考慮溫度對其電阻的影響。用電器的標稱值，指其額定值，即用電器在正常工作時的電壓、功率以及電流值，由p額=u額·i額可知，p、u、i有同時達到、同時超過、同時不滿足的特點�！纠�2】一直流電動機線圈內阻一定，用手握住轉軸使其不能轉動，在線圈兩端加電壓為0.3v，電流為0.3a。松開轉軸，在線圈兩端加電壓為2 v時，電流為0.8 a，電動機正常工作。求該電動機正常工作時，輸入的電功率是多少?電動機的機械功率是多少? 解析：電動機不轉動時，其消耗的電功全部轉化為內能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動機線圈內阻： 電動機轉動時，消耗的電能轉化為內能和機械能，其輸入的電功率為 p入=i1u1＝0.8×2w＝1.6 w 電動機的機械功率 p機=p入-i12r=1.6-0.82×1 w=0.96w 說明：在非純電阻電路里，要注意區別電功和電熱，注意應用能量守恒定律。①電熱q=i2rt。②電動機消耗的電能也就是電流的功w=iut。③由能量守恒得w=q+e，e為其他形式的能，這里是機械能；④對電動機來說，輸入的功率p入=iu；發熱的功率p熱=i2r；輸出的功率，即機械功率p機=p入-p熱=ui-i2r。【例3】潮汐發電是利用漲落潮的水位差來工作的，潮差越大，海水流量越大，發電功率也越大。我國潮汐能的可供開發的總裝機量為3.6×107 kw。1980年8月，在浙江江廈建成第一座潮汐電站，裝機量為3×103 kw，平均年發電量為1.7×107 kw·h，其規模居世界第二位。（1）試根據上文中給出的數據，計算我國建造的江廈潮汐電站平均每天滿負荷工作幾小時? （2）設江廈潮汐電站漲潮和落潮時的平均潮差為6 m，計算每次漲潮時流量是多大?（設潮汐電站的總能量轉換效率為50%）解析：（1）江廈潮汐電站功率為3×103 kw，年發電量為1.07×107 kw·h，由公式w=pt可算出每天滿負荷工作的時間為  s=9.8 h （2）由文中給出數據及每天漲、落潮的次數可知，平均每次的發電量為 j 因為 所以每次漲潮的平均流量為 m3/次說明：本題涉及到潮汐這種自然現象，漲潮和落潮時均有水流的機械能轉化為電能�！纠�4】如圖所示，有一提升重物用的直流電動機，內阻r=0.6ω，r=10ω，u=160 v，電壓表的讀數為110 v，求（1）通過電動機的電流是多少？（2）輸入到電動機的電功率是多少？（3）在電動機中發熱的功率是多少？（4）電動機工作1 h所產生的熱量是多少？解析：（1）設電動機兩端的電壓為u1，電阻r兩端的電壓為u2，則