恒定电流
第二章
5　焦 耳 定 律
第二章
为什么电视机、电风扇通电时间长了会发热？

电流产生的热量和哪些因素有关？
生物
电功1.定义
电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、_________________、通电时间t三者的乘积。
2．表达式
W＝qU＝________。
3．单位
国际单位为__________，符号为J。常用单位为千瓦时(kWh)，亦称为“度”，1度＝__________焦耳。
电路中的电流I
UIt
焦耳
3.6×106
4．物理意义
反映电能转化为其他形式能的多少。
5．对电功的理解
①从力的角度，电流做功的实质是__________对电荷做功。
②从能的角度，电流做功是_______转化为其他形式能的过程，电功的大小量度着电能的转化，它标志着电能转化为其他形式的能。
电场力
电能
电功率
功
时间
IU
瓦特
4．物理意义
表示电流做功的_________。
5．用电器的额定功率和实际功率
(1)额定功率：用电器长期正常工作时的__________，也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。
(2)实际功率：用电器__________时消耗的电功率。为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率。
快慢
最大功率
实际工作
1.焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的热量跟__________的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成__________。
(2)表达式：Q＝__________。
2．热功率
(1)定义：单位时间内放出的热量。
焦耳定律
电流
正比
I2Rt
I2R
用电炉烧水时，炉盘内的电炉丝被烧得通红，产生大量的热，而连接电炉的导线却不怎么热，这是什么原因？
答案：通电导线跟电炉丝是串联在一起的，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻要大得多。由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。
二、纯电阻电路和非纯电阻电路
1．两种电路的比较
2.电功与电热的计算公式比较
[特别提醒]不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。
(贵州市重点高中2013～2014学年高二上学期期中)理发用的电吹风机有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干。设电动机线圈电阻为RI，它与电热丝电阻值R2串联后接到直流电源上，吹风机两端电压为U，电流为I，消耗的电功率为P，则有(　　)
A．P＝UI　　　　　　 B．P＝I2(R1＋R2)
C．P>UI D．P>I2(R1＋R2)
答案：AD
解析：电吹风机消耗的电功率P是总的功率，总功率的大小应该用P＝UI来计算，总功率P＝UI，所以A正确，而C错误；电吹风机中发热的功率要用I2R来计算，所以总的发热功率为I2(R1＋R2)，吹风机的总功率P＝IU要大于发热部分的功率，所以B错误，D正确。
额定电压都是110V，额定功率PA＝100W，PB＝40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是图中的哪一个(　　)
纯电阻电路中电功率的分析与计算
对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光。
比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110，所以C电路消耗电功率最小。
答案：C
(常德市一中2013～2014学年高二检测)把6个相同电灯接成如图(甲)、(乙)所示两电路，调节变阻器，两组电灯均能正常发光。设(甲)、(乙)两电路消耗的电功率分别为P1、P2，则(　　)
A．P1＜3P2　　　　　 B．P1＝3P2
C．P1＞3P2 D．3P1＝P2
答案：B
解析：设每个灯泡正常发光时，其电流为I，则图(甲)中总电流为3I，图(乙)总电流为I，所以，P1＝3IU，P2＝IU，P1＝3P2，故选B。
如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r＝1Ω，电动机两端电压为5V，电路中的电流为1A，物体A重20N。忽略一切摩擦，求：
(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少？
(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？
(3)10s内电动机可以把重物匀速提升多高？
(4)这台电动机的机械效率是多少？
非纯电阻电路中功率的分析与计算
解析：电动机工作时，其电路为非纯电阻电路，它从电源获取的功率一部分转化为线圈的热功率，另一部分转化为电动机的机械功率。
(1)电动机线圈上消耗的热功率为
P热＝I2r＝1W。
(2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率，即
P入＝UI＝5×1W＝5W
电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率，根据P入＝P出＋P热得P出＝P入－P热＝5W－1W＝4W。
答案：(1)1W　(2)5W　4W　(3)2m　(4)80%
(广东培正中学2013～2014学年高二上学期期中)用如图所示的实验电路研究微型电动机的性能。当调节滑动变阻器的电阻R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为I1＝0.5A和U1＝2.0V；重新调节滑动变阻器的电阻R使电动机正常转动时，电流表和电压表的示数分别为I2＝2.0A和U2＝24V。则(　　)
A．微型电动机内线圈电阻为R线＝4.0Ω
B．微型电动机内线圈电阻为R线＝12Ω
C．电动机正常转动时输出的机械功率为P机＝48W
D．电动机正常转动时输出的机械功率为P机＝32W
答案：AD
小明家的窗式空调已用了多年，耗电功率已不再是说明书上的数值了，他想测出这台空调的耗电功率。于是他将家中的其他用电器全部关闭，单独打开空调，观察他家的电度表在2min内转了200转，且电度表中标有3 000r/kW·h的字母，你能帮他测出他家空调的功率吗？
探究·应用
答案：2 000W
点评：要善于将所学的物理知识应用到日常生活实际，学以致用。
在长时间使用电烙铁的过程中，当暂时不使用时，如果断开电源，电烙铁将会很快变凉，再次使用时温度不能及时达到要求，如果不断开电源，烙铁头容易“烧死”且浪费电能。因此，实验室内常用的电路如图所示，其中RL为白炽灯泡，R为电烙铁。暂时不用电烙铁时，断开开关S，再次使用时闭合开关S。这样既能起到预热作用，又能保护电烙铁和节省电能。试用你学过的电学知识说明其道理。
答案：暂时不用烙铁时，断开S，RL与R串联后接在电路中，整个电路电阻较大，电流很小，消耗的电功率较小，同时又使R保持预热状态；需用烙铁时，接通S，电烙铁在额定电压下工作，很快升温。
易错点：将非纯电阻电路与纯电阻电路混淆导致错误
案例：
电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过R做功为W1，产生的热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生的热量为Q2，则有(　　)
A．U1B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1>Q2
D．W1易错分析：本题易错选项及错误原因分析：B项，不清楚在非纯电阻电路中公式U＝IR不再成立。 C项，由W＝UIt判断出W1＝W2，考虑到电动机有机械能输出，由能量守恒判断得Q1>Q2，实际上电动机和电阻两端的电压并不相等，欧姆定律不适用。
D项，正确判断出U1正确解答：电动机是非纯电阻，其两端电压U2>IR＝U1，B错误；电流做的功W1＝U1It，W2＝U2It，故W1正确答案：A