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- 2021-04-14 发布
第二章 恒定电流
第5节 焦耳定律
一、电功和电功率
1．能量转化
电炉通电时， 能转化为 能；电动机通电时， 能转化为 能；蓄电池充电时， 能转化为 能；电能转化成其他形式能的过程就是 的过程，电流做功的多少 电能转化为其他形式能的数量。
2．电功
（1）实质：导体中的 对自由电荷的静电力在做功。把 转化为 的能。
（2）电流在一段电路中所做的功等于这段电路 、 、 三者的乘积。
计算式W= 。
3．电功率
（1）物理意义：表示电流做功 的物理量。
（2）定义： 电流所做的功。
（3）公式及单位：，其单位为瓦特，符号为 。
二、焦耳定律
1．焦耳定律：电流通过导体产生的热量（内能）跟电流的 成正比，跟导体的 成反比，这一规律叫焦耳定律。
公式表示为Q= 。
2．热功率：单位时间内的发热量通常称为 ，表达式为P= 。
3．纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为 。
4．非纯电阻电路：像含有 或 等非纯电阻用电器的电路被称为非纯电阻电路，在非纯电阻电路中，电流做的功除了将电能转化为内能外，还转化为 或 等其他形式的能量。
电 内 电 机械 电 化学 电流做功 等于 恒定电场 电能 其他形式
两端的电压U 电路中的电流I 通电时间t UIt 快慢 单位时间内 W
二次方 电阻及通电时间 I2Rt 热功率 I2R 内能 电动机 电解槽 机械能 化学
能
电功和电热的区别与联系
1．区别
电功是指输入某段电路的全部电能或这段电路上消耗的全部电能：W=UIt。
电热是指在这段电路上因发热而消耗的电能：Q=I2Rt。
2．联系
从能量转化的角度分析，电功与电热的数量关系为：W≥Q，即UIt≥I2Rt。
（1）在纯电阻电路中，电流做功，电能全部转化为电热，即电功等于电热，W=Q。因此公式UIt、I2Rt、，既可计算电功，也可计算电热。
（2）在非纯电阻电路中，电流做功除了一部分电能转化为电热外，还有一部分转化为机械能或其他形式的能，此时有W＞Q，即UIt＞I2Rt。因此，在非纯电阻电路中，只能用UIt计算电功，用I2Rt计算电热，无意义。
【例题1】微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为1 Ω，当加在它两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，且能正常工作。求：
（1）它的额定输入功率多大？
（2）工作时由导线发热损失的功率多大？
（3）它的最大输出功率多大？
参考答案：（1）1.6 W （2）0.64 W （3）0.96 W
试题解析：（1）额定输入功率P额=UI=2.0×0.8 W=1.6 W
（2）电动机热功率P热=I2R=0.82×1 W=0.64 W
（3）根据能量的转化与守恒，电动机的最大输出功率P出=P额–P热=0.96 W
归纳总结：
在非纯电阻电路中，要注意区别电功和电热，注意应用能量守恒定律。①电热Q=I2Rt。②
电动机消耗的电能W=UIt。③由能量守恒得W=Q+E，E为其他形式的能，这里是机械能。④对电动机来说，输入功率P入=UI；发热的功率P热=I2R；输出的功率，即机械功率P机=
P入–P热=UI–I2R。
【例题2】（2017·江苏省高二月考）如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻为r=1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N，不计摩擦力，求：
（1）电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？
（2）电动机的输入功率和输出功率各是多少？
（3）10 s内，可以把重物A匀速提升多高？
（4）这台电动机的机械效率是多少？
参考答案：（1）1 W （2）4 W （3）2 m （4）80%
（4）机械效率为：
归纳总结：
1．电动机因故不转动时，线圈可视为纯电阻电路，P电=P热，而电动机转动时为非纯电路，P电=P机+P热，要分清两种情况下的能量转化情况。
2．在非纯电阻电路中不成立，此时U＞IR，此类问题要从能量转化角度把握电压的分配，确定电能的转化方向和具体表现形式（电热、机械能、化学能、磁场能等）。
3．纯电阻电路中的电功率
（1）只含有纯电阻的串联电路中，电流I相同，由P=I2R可知电功率跟电阻成正比。
（2）只含有纯电阻的并联电路中，电压U相同，由可知电功率跟电阻成反比。
（3）无论是串联电路还是并联电路，纯电阻电路消耗的总功率都等于各电阻消耗的功率之和。
1．（2017·山东省淄博市淄川中学开学考试）下列用电器中，利用电流热效应工作的是
A．电饭锅 B．抽油烟机
C．电视机 D．笔记本电脑
2．（2017·安徽省黄山市高二期中）一个电热器电阻为R，当它两端电压为U，通过时间t消耗电能为W，若使它消耗的电能为4 W，下列方法不正确的是
A．电阻R不变，电压U不变，通电时间t变为原来的2倍
B．电阻R减半，电压U增大1倍，通电时间t减半
C．电阻R不变，电压U增大1倍，通过时间t不变
D．电阻R减半，电压U不变，通电时间t不变
3．（2017·山东省淄博市校级期末）关于电功和电热的计算，下列说法正确的是
A．如果是纯电阻电路，电功可用公式W=UIt计算，也可用公式W=I2Rt计算
B．如果是纯电阻电路，电热可用公式W=I2Rt计算，但不能用公式W=UIt计算
C．如果不是纯电阻电路，电功只能用公式W=I2Rt计算
D．如果不是纯电阻电路，电热可用公式W=I2Rt计算，也可用公式W=UIt计算
4．（2017·江苏省淮安市田家炳中学高二期末）直流电动机的线圈电阻为R，正常工作时，电动机两端的电压为U，通过的电流强度为I，工作时间为t，下列说法正确的是
A．电动机线圈产生的热量为I2Rt
B．电动机线圈产生的热量为
C．电动机消耗的电能为
D．电动机输出的机械能为UIt
5．关于三个公式：①P=IU，②P=I2R③P=，下列叙述正确的是
A．公式①适用于任何电路的热功率
B．公式②适用于任何电路的热功率
C．公式①、②、③适用于任何电路电功率
D．上述说法都不正确
6．（2017·黑龙江省大庆实验中学高二开学考试）理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，热风将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1，它与电热丝的电阻R2相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，电流为I，消耗的电功率为P，则有
A．UI>P B．P>I2(R1+R2)
C．UI