15.4第2课时焦耳定律(要点讲解+当堂检测+答案)

沪粤版物理九年级上册同步学案 第十五章　电能与电功率 15.4　探究焦耳定律 第2课时　焦耳定律 要 点 讲 解 要点一　焦耳定律 1. 内容：电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 2. 公式：Q＝I2Rt。 Q表示电流通过导体时产生的热量，单位是J；I表示通过导体的电流，单位是A；R表示导体的电阻，单位是Ω；t表示通电时间，单位是s。 3. 导出公式：Q＝Pt；Q＝UIt；Q＝t。这三个公式只适用于电能全部转化为内能的情况；也就是电流所做的功全部用来产生热量的纯电阻电路中。 焦耳定律公式Q＝I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，都可以用它来计算电流所产生的热量。不论电流通过导体时是否转化为其他形式的能，只要发热，发热的多少都可以用这一公式来计算。另外，公式中的各物理量都是对同一段电路或同一导体而言的，且公式中各量的单位都要统一成国际单位。 经典例题1　新型电饭锅采用“聪明火”技术，智能化地控制食物在不同时间段的温度，以得到最佳的营养和口感，其简化电路如图甲所示。R1和R2均为电热丝，S1是自动控制开关，煮饭时，把电饭锅接入220V电路中，在电饭锅工作的30min内，电路中总电流随时间变化的图像如图乙所示。求： 甲 乙 (1)S和S1都闭合时电饭锅的电功率； (2)电热丝R2的阻值； (3)这30min内电饭锅产生的热量。 解：(1)S和S1都闭合时，两电阻并联，由乙图可知，此时的电流为3A，则电饭锅的电功率为P＝UI＝220V×3A＝660W。 (2)由乙图可知，在10～15min时间内，电路中的电流为2A，则此时电阻R2停止工作，通过R1的电流I1＝2A；根据并联电路的电流特点可知，通过R2的电流为I2＝I－I1＝3A－2A＝1A；R2的阻值为R2＝＝＝220Ω。 (3)由乙图可知，在30min时间内，加热功率为660W的共15min，另外15min的功率为P1＝UI1＝220V×2A＝440W，则30min时间内电饭锅产生的热量为Q＝Pt＋P1t1＝660W×15×60s＋440W×15×60s＝9.9×105J。 要点二　电流热效应的应用与控制 1. 电热的应用：电热器是利用电热的主要设备，它是利用电流的热效应制成的。电热器的主要工作部分是发热体，发热体需要用电阻大、熔点高的金属导体制作。电热水器、电饭锅、电熨斗、养鸡场的电孵化器等，它们都是电热器。 2. 电热的控制：对于不需要热量的用电器，电热就是一种浪费甚至会造成危害，因此就有必要把这部分热量散发出去。如电视机后盖上开了很多孔，电动机的外壳有很多翼状散热片，使用时与轴相连的扇叶向散热片吹风，电冰箱外有散热器，电脑既有散热窗又有电风扇等，这都是为了把电热及时散发出去的装置。 易错易混警示　计算电功和电热的公式混用 1. 电功和电热的关系 电功和电热是有区别的。电流所做的功全部用来产生热量的电路，叫做纯电阻电路，在此电路中，电功等于电热，即W＝Q。日常生活中，纯电阻的用电器有白炽灯、电热器等。 如果电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电动机，电流通过电动机做功，既产生机械能又产生热量，所以在此电路中，电功大于电热，即W>Q。 2. 公式的选用 在纯电阻电路中，计算电流产生的热量时，前面我们所学的计算电功的公式都可以用于计算电热，即Q＝W＝Pt＝t＝UIt＝I2Rt；而在非纯电阻电路中，计算电功时用W＝UIt，计算电热时用焦耳定律Q＝I2Rt。 经典例题2　在计算电动机工作时的电功率时，小杰和小施产生了不同意见。小杰利用公式P＝UI计算电动机的电功率，小施利用P＝I2R来计算电动机的电功率。(已知电动机线圈电阻为R，电动机工作时两端的电压为U，通过电动机的电流为I) (1)请你判断这两位同学计算电动机的电功率的方法是否正确，并说明理由。 (2)求这台电动机在时间t内，电动机线圈产生的热量。 (3)求电动机在时间t内所做的机械功。 解 ... ...