高中物理选修3-1(人教版)练习：第二章 第5节 焦耳定律 Word版含答案

2.5焦耳定律同步练习1．关于电功，下列说法中正确的有( )A．电功的实质是电场力所做的功C．电场力做功是电能转化成其他形式能量的量度B．电功是电能转化为内能的量度D．电流通过电动机时的电功率和热功率相等2．关于三条公式：（1）P ＝IU；（2）P ＝I2R ；（3）P ＝U2/R ，下列叙述正确的是（）A．公式（1）适用于任何电路的电热功率B．公式（2）适用于任何电路的电热功率；C．公式（3）适用于任何电路的电功率D、上述没有一个正确3．一灯泡标有“220V，100W”字样将其接到110V的电源上（不考虑灯泡电阻的变化），则有（）A．灯泡的实际功率为50WB．灯泡的实际功率为25WC．通过灯泡的电流为额定电流的1/2D．通过灯泡的电流为额定电流的1/44、把“220V，100W”的A灯和“220V，200W”的B灯串联起来，接到220V的电路中，导线的电阻不计，则两灯（）A．电阻之比为RA ：RB＝2：1B．电压之比为UA ：UB＝1：2 ；C．功率之比为PA ：PB＝2：1D．相同的时间内电热之比为QA ：QB＝2：15．不考虑温度对电阻的影响，一个“220V，40W”的灯泡，下列说法中正确的是（）A．接在110V的线路上的功率为20WB．接在110V的线路上的功率为10W；C．接在440V的线路上的功率为160WD ．接在55V 的线路上的功率为2.5W 。

6．两个电阻，R 1＝8Ω，R 2＝2Ω，并联在电路中．欲使这两个电阻消耗的电功率相等，可行的办法是（ ）A ．用一个阻值为2Ω的电阻与R 2串联B ．用一个阻值为6Ω的电阻与R 2串联C ．用一个阻值为6Ω的电阻与R 1串联D ．用一个阻值为2Ω的电阻与R 1串联7．两只额定电压均为110V 的灯泡A 和B ，额定功率分别为100W 和40W ，为了使它们接到220V 电源上正常发光，同时电路消耗电功率又最小，图中电路中最合理的是（ ）8．图中R 1＝4Ω，R 2＝9Ω，R 3＝18Ω。

第5节焦耳定律1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。

2．理解电功和电热的区别，能够区分纯电阻电路和非纯电阻电路。

3．理解电功率和热功率的区别，会计算电功率和热功率。

4．能从能量守恒角度理解焦耳定律。

一、电功和电功率1．电功(1)电流做功的实质：导体中的□01恒定电场对自由电荷的□02静电力在做功。

结果自由电荷的电势能□03减小，其他形式的能增加。

(2)公式：W□04UIt。

即电流在一段电路中所做的功等于这段电路□05两端的电压、□06电路中的电流、□07通电时间三者的乘积。

(3)□08焦耳，符号是□09J。

(4)意义：描述电能转化为其他形式能的多少。

2．电功率(1)□10电流所做的功。

(2)□11P＝UI。

(3)□12瓦特，符号是□13W。

(4)□14电能转化为其他形式能的快慢或者是电流做功的快慢。

二、焦耳定律1．内容：电流通过导体产生的热量跟□01电流的二次方成正比，跟□02导体的电阻及□03通电时间成正比。

2．表达式：Q□04I Rt。

3．热功率热功率意义：表示电流发热□05快慢的物理量公式：P热＝□07Q t＝□08I R，单位：瓦特(W)定义：单位时间内的□06发热量(1)电功与电能的单位相同，电功就是电能。

()(2)电功率越大，电功越大。

()(3)电流流过笔记本电脑时，电功一定等于电热。

()(4)根据I＝UR、P＝UI可导出P＝U2R，该公式可用于任何用电器。

()(5)电流通过电解槽时，电功大于电热。

()提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√课堂任务电功和电功率仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

活动1：如图，在导体中恒定电场的作用下，电荷q沿静电力方向移动，电势降低U，静电力对电荷做功多少？提示：W＝qU。

活动2：电荷沿静电力方向移动，电流对外做功，你能导出电功W与电流I 的关系吗？提示：由活动1，W＝qU，设q电势降低的过程所用时间为t，则任一截面t时间内通过的电荷量为q，即电流I＝qt代入上式得W＝UIt。

5　焦耳定律课时过关·能力提升基础巩固1一阻值为10 Ω的定值电阻,通有0.5 A 的恒定电流,10 s 内产生的热量为( )A.2.5 JB.5 JC.25 JD.50 J2(多选)一个电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻值相同,都为R ,设通过它们的电流相同(电动机正常运转),则在相同的时间内( )A .电炉和电动机产生的电热不相等B .电动机消耗功率大于电炉消耗功率C .电炉两端电压小于电动机两端电压D .电炉和电动机两端电压相等,所以电炉和电动机产生的电热相等,选项A 错误;电动机的电压要大于电炉上的电压,电动机消耗功率大于电炉消耗功率,故选项B 、C 正确,选项D 错误。

3通过电阻R 的电流为I 时,在时间t 内产生的热量为Q ;若电阻为2R ,电流为I 2时,则在时间t 内产生的热量为( )A.4Q B .2Q C .Q 2 D.Q 4Q=I 2Rt 可得Q'=(I2)2×2Rt =12I 2Rt =12Q 。

4一根电阻丝,通过2 C 电荷量所消耗的电能是8 J 。

若在相同的时间内通过4 C 电荷量,则该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是( )A.4 V,16 JB.8 V,16 JC.4 V,32 JD.8 V,32 JW=qU ,知U 1V=W 1q 1=4 当q 2=4 C 时,I 2=2I 1,所以U 2=I 2R=8 VW 2=q 2U 2=32 J,选项D 正确。

5(多选)如图所示,两电阻R 1和R 2的伏安特性曲线。

若在两电阻两端加相同的电压,关于它们的电阻值及发热功率的比较正确的是( )A.电阻R 1的阻值较大B.电阻R 2的阻值较大C.电阻R 1的发热功率较大D.电阻R 2的发热功率较大R 1<R 2;因为U 1=U 2,由P ,P 1>P 2。

选项B 、C 正确。

=U 2R 知6一块手机电池的背面印有如图所示的一些符号,另外在手机使用说明书上还写有“通话时间3 h,待机时间 100 h”,则该手机通话和待机时消耗的功率分别约为( )A.1.8 W,5.4×10-2 WB.3.6 W,0.108 WC.0.6 W,1.8×10-2 WD.6.48×103 W,1.94×102 W500 mA·h,则通话时消耗的功率P 1=Uqt =mW =600 mW =0.6 W,同理待机时消耗的功率为P 2=18 mW =1.8×10-2 W,C 3.6×5003 正确。

高二物理选修3-1第二章第五节焦耳定律对点训练【答案】一、单选题1.两根由同种材料制成的均匀电阻丝 A、B并联在电路中，A的长度为 2L，直径为 d；B的长度也为 L，直径为 2d，那么通电后，A、B在相同的时间内产生的热量之比为（）A. Q A∶Q B＝1∶8 B. Q A∶Q B＝8∶1 C. Q A∶Q B＝1∶2 D. Q A∶Q B＝4∶12.电动机线圈的电阻为R，电动机正常工作时，两端电压为U，通过电流为I，工作时间为t，下列说法中正确的是( )①电动机消耗的电能为UIt②电动机消耗的电能为I2Rt③电动机线圈产生的电热为I2Rt④电动机线圈产生的电热为U2t/RA. ①②B. ②③C. ②D. ①③3.随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多．下列电器中主要应用电流热效应的是（）A. 电风扇B. 电饭煲C. 电冰箱D. 电视机4.下列说法错误的是（）A. 通常用的干电池的电动势约为1.5V，铅蓄电池的电动势约为2VB. 教室里用的日光灯的规格一般是“220V，40W”C. 在电流一定时，电阻越小，相同时间内发热越多D. 电饭锅通电以后能把生米煮成熟饭，说明电流具有热效应5.甲、乙两根同种材料制成的电阻丝，长度相等，甲横截面的半径是乙的两倍，将其并联后接在电源上（）A. 甲、乙的电阻之比是1:2B. 甲、乙中的电流强度之比是4:1C. 甲、乙电阻丝相同时间产生的热量之比是1:4D. 甲、乙电阻丝两端的电压之比是1:26.有一个电风扇，标有“220 V50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法正确的是( )A. Q=U2tR B. Q＝Pt C. Q=(PU)2Rt D. 以上三种方法均正确7.额定电压都是110 V，额定功率PA＝100 W、PB＝40 W的电灯两盏，若接入电压是220 V 的电路中，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗的电功率最小的电路是下图中的( )．A. B. C.D.8.一根电阻丝，通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J．若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是( )A. 4 V,16 JB. 8 V,16 JC. 4 V,32 JD. 8 V,32 J9.如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L标有6 V， 12 W字样，电动机线圈的电阻R M=0.50 Ω。

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第五节焦耳定律每课一练一. 选择题；1. 把标有“220V，40W”和“220V，15W”的甲、乙两盏灯串联接在220V电压下,则下面分析正确的是( ）A. 两盏灯的总功率等于55W B。

两盏灯的总功率小于15WC。

甲灯的实际功率大于乙灯的实际功率D。

乙灯的实际功率大于甲灯的实际功率2。

甲、乙两电炉并联在同一电源上，各有开关控制，甲炉电阻是乙炉的4倍，要两电炉产生同样多的热量则应:( )A。

甲通电时间是乙的4倍 B. 乙通电时间是甲的4倍C. 甲、乙通电时间一样长D。

不知道额定电压无法比较3。

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4W，下列方法正确的是（）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不变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6，把它们串联在电路 4. 有两个灯泡,1L标有“6V，3W”的字样，2L没有标记测得2L电阻为中，两灯均正常发光，那么该电路两端电压和2L的电功率分别是( ）A. 12V,3WB. 12V，1。

5W C。

焦耳定律练习课堂同步1.通过电阻R的电流强度为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流强度为I/2时，则在时间t内产生的热量为（）A．4Q B．2Q C．Q/2D．Q/42.下列求解电热的公式中,对所有电路均适用的是（）U2t D．W=PtA．Q=UIt B．Q=I2Rt C．Q=R3．一台电动机的输出功率是10kW，这表明该电动机工作时( ).A．每秒消耗10kw电能B．每秒对外做10kw功C．每秒消耗10kJ电能D．每秒对外做10kJ功4.电动机的电枢阻值为R，电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作时间为t，下列说法中正确的是( ).A．电动机消耗的电能为UIt B．电动机消耗的电能为I2RtC．电动机线圈产生的热量为I2Rt D．电动机线圈产生的热量为U2t/R5．一台电动机的电阻为4Ω，在220V的额定电压下运行时，发热消耗的电功率为400W.若电动机工作5min，则电流做功________J.6．一个用电器上标有“2kΩ，20W”，允许加在这个用电器两端的最大电压为________V，这个用电器允许通过的最大电流为________A.当这个用电器两端加上20V电压时，它实际消耗电流功率为________W.7．三个标有"100Ω，4W”、“12.5Ω，8W”、“90Ω，10W"字样的电阻，当它们串联时允许加的最大总电压是________V，并联时允许通过的最大总电流是________A.8.一台电动机额定电压为220 V ，线圈电阻R=0.5 Ω,电动机正常工作时通过电动机线圈的电流为4 A ，电动机正常工作10 min ，求（1）消耗的电能.（2）产生的热量.（3）输出的机械能. 课后巩固1.把家用电炉的电热丝剪去一小段后，继续使用，则在同样的时间内（ ）A.由Q =I 2Rt 可知，电炉的发热量减少B.由Q =UIt 可知，电炉的发热量不变C.由Q =t RU 2可知，电炉的发热量增加D.无法确定 2．如图2-22所示，电阻R 1=20Ω，电动机的绕组R 2=10Ω.当电键S 断开时，电流表的示数是0.5A ，当电键S 闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I 和电路消耗的电功率应是( ).A ．I=1.5AB ． I ＜1.5AC ．P=15WD ．P ＜15W3.如图2-23所示电路中，各灯额定电压和额定功率分别是:A 灯“10V ，10W"，B 灯"60V ，60W ”，c 灯"40V ，40W"，D 灯"30V ，30W".在a 、b 两端加上电压后，四个灯都能发光.比较各灯消耗功率的大小，正确的是( ).A ．PB ＞P D ＞P A ＞PC B ．P B ＞P A ＞PD ＞P CC ．P B ＞PD ＞P C ＞P A D ．P A ＞P C ＞P D ＞P B4.两只额定电压均为110V 的灯泡A 和B ，额定功率分别为100W 和40W ，为了使它们接到220V 电源上能正常发光，同时电路消耗的电功率最小，如图2-24所示电路中最合理的是图( ).图2-22 图2-23 图2-245.有一电热器上标有“220V ，40Ω”字样，用这个电热器在额定电压下将质量是2 kg 、初温度为20 ℃的水煮沸，若电热器的效率为50%，需要多长时间？6.一个灯泡L ，标有"6V ，12W"字样，一台直流电动机D ，其线圈电阻为2Ω，把L 与D 并联，当电动机正常丁作时，灯泡也正常发光.把L 与D 串联，当电动机正常工作时，灯泡的实际功率是额定功率的3/4.求这台电动机正常工作时转化为机械能的功率(假定灯泡电阻保持不变). 7．如图2-25所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r =0.6 Ω, R =10 Ω,U =160 V ，电压表的读数为110 V ，求：（1）通过电动机的电流是多少？（2）输入到电动机的电功率是多少？（3）在电动机中发热的功率是多少？（4）电动机工作1 h 所产生的热量是多少？8．如图2-26所示为某一用直流电动机提升重物的装置，重物的质量m=50kg ，电源的电动势ε=110V.不计电源电阻及各处的摩擦，当电动机以v=0.9m ／s 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I=5A ，试求电动机线圈的电阻. 提速训练1．某同学在家中测算电冰箱的月耗电量，他将家中其他用电器断开，只使用电冰箱，观察电能表转蕊的转动情况.测得冰箱致冷时，转盘每12s 转一转；冰箱保温时，转盘每120s 转一转.电能表上标明“2000r ／(kW ·h)”.该同学还测得冰箱每小时致冷10min ，保温50min.每月按30d(天)计.则该冰箱月耗电为_________________(kW ·h)(度)。

(建议用时：30分钟)【A组基础巩固】1．(2019·淄博校级联考)如果家里的微波炉(1 000 W)、电视机(100 W)和洗衣机(400 W)平均每天都工作2 h，一个月(30天计)的用电量是()A．10 kW·h B．20 kW·hC．45 kW·h D．90 kW·h解析：选D.P＝1 000 W＋100 W＋400 W＝1 500 W＝1.5 kW，故W＝Pt＝1.5 kW×2 h×30＝90 kW·h.2．(2019·北京房山高二期中)一台电动机，额定电压是100 V，电阻是2 Ω.正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为()A．500 W B．200 WC．50 W D．450 W解析：选C.根据焦耳定律得到P热＝I2r＝(5 A)2×2 Ω＝50 W，故C正确．3．(2019·北京西城高二期中)“神舟六号”载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的．由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应．“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池．在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%，单片单晶硅太阳能电池可产生0.6 V的电动势，可获得0.1 A的电流，则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是()A．0.01 J B．0.06 JC．0.26 J D．3.6 J解析：选C.每秒钟产生的电能为W＝UIt＝0.06 J，转换效率为23%，所以接受的太阳能为W光＝W电0.23＝0.26 J，故选C.4．如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电动机内阻为R1.当开关闭合，电动机正常工作时，滑动变阻器接入电路中的电阻为R2，电动机两端的电压为U，通过电动机的电流为I.电动机的输出功率等于()A．UI B．I2R1C ．UI －I 2R 1D.E R 1＋R 2＋rU 解析：选C.电动机消耗的总的电功率为P 总＝UI ，其中一部分用于产生热量Q ＝I 2R 1，另一部分输出机械功率P ，由P 总＝Q ＋P ，解得P ＝IU －I 2R 1，故C 正确．5．(2019·北京西城高二期中)两个电阻R 1＝8 Ω、R 2＝2 Ω，并联在电路中．要使这两个电阻消耗的电功率相等，可行的办法是( )A ．用一个阻值为2 Ω的电阻与R 2串联B ．用一个阻值为6 Ω的电阻与R 2串联C ．用一个阻值为6 Ω的电阻与R 1串联D ．用一个阻值为2 Ω的电阻与R 1串联解析：选A.两个电阻并联，由P ＝U 2R 可知P 1∶P 2＝R 2∶R 1＝1∶4，要使这两个电阻消耗的电功率相等，应使P 2减小为原来的14；只要使R 2两端的电压减半(R 2不变)，电功率就可以减小为原来的14，所以串联一个等值电阻(2 Ω)即可．若电阻与R 1串联，R 1的电压减小，功率更小，两个电阻的功率不可能相等，故A 正确，B 、C 、D 错误．6．(2019·西安东仪中学高二期末)一个直流电动机所加电压为U ，电流为 I ，线圈内阻为 R ，当它工作时，下述说法中正确的是( )A ．电动机的输出功率为U 2RB ．电动机的输出功率为UI －I 2RC ．电动机的发热功率为UID ．电动机的功率可写作IU ＝I 2R ＝U 2R解析：选B.直流电动机为非纯电阻电路，电动机的输出功率为P 出＝UI －I 2R ，故A 错误，B 正确；电动机的发热功率，根据焦耳定律，P 热＝I 2R ，故C 错误；电动机的功率可写作P ＝IU ，由于直流电动机为非纯电阻电路，故欧姆定律不成立，故不能写成I 2R或U 2R，故D 错误． 7．(多选)(2019·河北永年高二检测)一只电炉的炉丝和一台电动机的线圈电阻相同，都为R ，若把二者串联在电路中，电炉和电动机都正常工作，则( )A ．电炉和电动机的热功率相等B ．电动机的功率大于电炉功率C ．电炉和电动机两端电压相等D ．电炉两端电压小于电动机两端电压解析：选ABD.根据P ＝I 2r ，知电炉和电动机的电阻相同，电流相同，则电炉和电动机的热功率相等，故A 正确；电动机消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为机械能，电炉消耗的电能全部转化为内能，而相等时间内它们产生的热量相等，则在相同的时间内，电动机消耗的电能大于电炉消耗的电能，则电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，故B 正确；设电流为I ，电阻为r ，则电炉两端电压U 炉＝Ir ，电动机两端电压U 机＞Ir ，所以U 机＞U 炉，即电动机两端电压大于电炉两端电压，故C 错误，D 正确．8．(2019·甘肃山丹高二期中)一台直流电动机的电枢线圈的电阻是R ，其额定电压是U ，额定功率是P ，那么它正常工作时的电流( )A ．等于P U ，且大于U RB ．等于P U ，且小于URC ．等于P R ，也等于URD ．不等于P U ，但等于UR解析：选B.电动机正常工作时，功率P ＝UI ，故I ＝PU ；电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，电功大于电热，故UI ＞I 2R ，解得：I ＜UR，故B 正确．9．(2019·黑龙江哈尔滨高二检测)把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P 甲和P 乙表示，则下列结论中正确的是( )A ．P 甲＝P 乙B ．P 甲＝3P 乙C ．P 乙＝3P 甲D ．P 乙>3P 甲解析：选B.设每个灯泡正常工作时的电流为I ，则甲图中电路的总电流为3I ，P 甲＝12×3I ＝36I ，乙图中电路的总电流为I ，P 乙＝12×I ＝12I ，故有P 甲＝3P 乙，B 正确．【B 组 素养提升】10．(2019·宁夏石嘴山高二检测)有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路中电机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；若把电动机接入2.0 V 电压的电路中，正常工作时的电流是1.0 A ，此时，电动机的输出功率是P 出；如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是P 热，则( )A ．P 出＝2 W ，P 热＝0.5 WB ．P 出＝1.5 W ，P 热＝8 WC ．P 出＝2 W ，P 热＝8 WD ．P 出＝1.5 W ，P 热＝0.5 W解析：选B.当电动机卡住时，电流做的功全部转化为热能，即是纯电阻，符合欧姆定律，故可得电动机的电阻为R ＝0.20.4Ω＝0.5 Ω，正常工作时，电动机消耗的总功率为P 总＝UI ＝2 W ，输出功率为总功率与热功率之差，故P 出＝P 总－I 2R ＝2 W －I 2×0.5 W ＝1.5 W ，若此时电动机突然卡住，则电能全部转化为内能，故热功率为P 热＝U 2R ＝220.5W ＝8 W ，故B 正确．11．(2019·河北黄骅中学高二检测)如图所示是饮水机的工作电路简化图，S 是温控开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R 0是饮水机加热管电阻，R 是与加热管串联的电阻．表格是从其说明书中摘录的一些技术数据．不考虑R 0、R 的电阻受温度变化的影响，表中的功率均指加热管的功率．当S 闭合时，饮水机的工作状态和R 0的阻值是( )A ．加热，88 ΩB ．加热，220 ΩC ．保温，88 ΩD ．保温，220 Ω解析：选A.由电功率公式P ＝I 2R 和I ＝U R ＋r 可知，电压不变的条件下，电阻越小电流越大，功率越大．电源电压不变，当S 闭合时，只有R 0接入在电源上，电路中的电阻变小，总功率变大，因而开关S 闭合时是加热状态．利用公式R ＝U 2P ，知R 0＝2202550Ω＝88 Ω，A 正确．12．(2019·贵州都匀高二检测)根据都匀一中学生宿舍管理条例，严禁学生使用功率超过100 W 的电吹风，否则将对学生做出没收电吹风和记过处分的双重惩罚．如图所示是一次行动中没收的某大功率的电吹风的电路图，它主要由电动机M 和电热丝R 构成．当闭合开关S 1、S 2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出．已知电吹风的额定电压为220 V ，吹冷风时的功率为190 W ，吹热风时的功率为1 400 W ．关于该电吹风，下列说法正确的是( )A ．电热丝的电阻为55 ΩB ．电动机线圈的电阻无法计算C ．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 400 JD ．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 400 J解析：选B.电机和电阻并联，当吹热风时，电阻消耗的功率为P ＝P 热－P 冷＝1 400－190 W ＝1 210 W ，根据P ＝U 2R ，可得电热丝的电阻为R ＝U 2P ＝22021 210 Ω＝40 Ω，故A 错误；电机为非纯电阻电路，所以不能计算其电阻，故B 正确；当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为Q ＝Pt ＝1 210×1＝1 210 J ，故C 错误；当电吹风吹热风时，电动机M 和电热丝R 并联，电动机的功率为190 W ，所以每秒钟消耗的电能Q ＝Pt ＝190×1＝190 J ，故D 错误．13．一台电风扇的额定功率是60 W ，内阻为2 Ω，当把它接在220 V 的电压下时可以正常运转．(1)求电风扇正常运转时，通过它的电流多大？每秒钟有多少电能转化为机械能？ (2)若接上电源后，电风扇因故不能转动，这时通过它的电流多大？电风扇实际消耗的电功率多大？此时可能会发生什么问题？解析：(1)电风扇正常运转，消耗的功率为额定功率P ＝UI ，所以I ＝P U ＝60220 A ≈0.27 A ，由能量守恒定律得W ＝Q ＋E ，Pt ＝I 2Rt ＋E ，所以E ＝Pt －I 2Rt ≈59.85 J.(2)电风扇不转动时，相当于纯电阻，由欧姆定律得U ＝I ′R ，所以I ′＝U R ＝2202 A ＝110 A ，实际消耗的电功率P ′＝U 2R ＝22022 W ＝24 200 W ．由于电风扇实际消耗的电功率远大于其额定功率，且电能全部转化为内能，电风扇将被烧坏．答案：(1)0.27 A 59.85 J (2)110 A 24 200 W 电风扇将被烧坏。

一、电功和电功率┄┄┄┄┄┄┄┄①1．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、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积。

(2)公式：W＝IUt。

(3)国际单位：焦，符号为J。

(4)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。

(5)意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。

即电功是电能转化为其他形式的能的量度。

2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功。

(2)公式：P＝Wt＝IU。

(3)单位：瓦，符号：W。

(4)意义：表示电流做功的快慢。

3．额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。

当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。

(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。

为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。

①[判一判]1．电流做功的实质是电场力对电荷做功(√)2．kW·h是电功的单位，1 kW·h＝3.6×106 J(√)3．电流做的功越多，电功率越大(×)二、焦耳定律┄┄┄┄┄┄┄┄②1．焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。

(2)公式：Q＝I2Rt。

(3)对应单位：1 J＝1 A2·Ω·s。

(4)适用范围：可求任何电路中的电热。

2．热功率(1)定义：单位时间内产生的电热。

(2)公式：P＝Qt＝I2R。

②[判一判]1．电功与能量的单位都是焦耳，电功就是电能(×)2．电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程(√)3．电功率越大，表示电流做功越多(×)4．焦耳定律的表达式为Q＝I2Rt，此式适用于任何电路(√)[典型例题]例1.额定电压都是110 V，额定功率P A＝100 W，P B＝40 W的A、B两盏电灯，若接在电压是220 V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()[解析]对灯泡有P＝UI＝U2R，可知：R A<R B，对于A电路，由于R A<R B，所以U B>U A，且有U B>110 V，B灯被烧毁，U A<110 V，A灯不能正常发光。

第5节 焦耳定律1．电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功，电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量．2．电流做功的公式为W ＝UIt ，适用于任何电路．电功率的公式为P ＝UI ，适用于任何电路．3．电流通过导体时产生的热量(内能)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，这一规律叫焦耳定律，表达式为Q ＝I 2Rt ，适用于任何电路．焦耳定律是电流热效应的实验定律，凡计算电热都要用该规律． 电热功率是描述电流做功产生电热的快慢程度的物理量，公式为P ＝I 2R ，适用于任何电路．4．只含有电阻的电路称为纯电阻电路，当有电流通过时，电能全部转化为内能，即电功等于电热，用公式表示为W ＝Q ＝I 2Rt ＝UIt .含有电动机等非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路，电路中的电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为机械能、化学能等，此时电功大于电热，电功表达式W ＝UIt ，电热表达式为Q ＝I 2Rt .5．两个绕线电阻分别标有“100 Ω 10 W ”和“20 Ω 40 W ”则它们允许通过的额定电流之比是( )A.5/5B.10/20C.5/10 D ．1/2 000答案 C6．两个电阻分别标有“1 A 4 W ”和“2 A 1 W ”，则它们的电阻之比为( )A ．2∶1B ．16∶1C ．4∶1D ．1∶16答案 B7．关于电功，下列说法中正确的有( )A ．电功的实质是电场力所做的功B ．电功是电能转化为其他形式能量的量度C ．电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大D ．电流通过电动机时的电功率和热功率相等答案 AB【概念规律练】 知识点一 电功、电功率的计算 1．关于四个公式①P ＝UI ；②P ＝I 2R ；③P ＝U 2R ；④P ＝W t，下列叙述正确的是( ) A ．公式①④适用于任何电路的电功率的计算B ．公式②适用于任何电路的电热功率的计算C ．公式①②③适用于任何电路电功率的计算D ．以上均不正确答案 AB解析 P ＝UI 、P ＝W t 适用于任何电路的电功率的计算，而P ＝I 2R 、P ＝U 2R只适用于纯电阻电路的电功率的计算，故A 正确，C 错误．P ＝I 2R 适用于任何电路的热功率的计算，P＝UI 、P ＝U 2R只适用于纯电阻电路的热功率的计算，故B 正确． 2．一个用半导体材料制成的电阻器D ，其电流I 随它两端的电压U 变化的关系图象如图1(a)所示，将它与两个标准电阻R 1、R 2并联后接在电压恒为U 的电源上，如图(b)所示，三个用电器消耗的电功率均为P .现将它们连接成如图(c)所示的电路，仍然接在该电源的两端，设电阻器D 和电阻R 1、R 2消耗的电功率分别为P D 、P 1、P 2，它们之间的大小关系为( )图1 A ．P 1＝4P 2 B ．P D ＝P /9C ．P 1<4P 2D ．P D >P 2答案 C解析 从电阻器D 的I —U 图线可以得出，电阻器的阻值随所加电压的增大而减小，在题图(b)中，三个电阻消耗的功率相等，都为P ＝U 2R 1＝U 2R 2＝U 2R D，说明三个电阻的阻值相等，即R 1＝R 2＝R D .连接成图(c)所示的电路时，电阻器D 两端的电压小于U ，电阻器D 的阻值R D ′>R D ，这时电阻器R D 两端的电压U D >U 3，电阻R 1两端的电压U 1<2U 3，电阻R 2两端的电压U 2＝U D >U 3，由电功率计算式综合比较得出，A 、B 、D 错误，C 正确． 知识点二 焦耳定律3．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 ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2Rt ＝U 2Rt 只适用于纯电阻电路 C ．在非纯电阻电路中，UI >I 2RD ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路答案 BCD解析 电功率公式P ＝W t，表示功率越大，电流做功越快．对于一段电路，有P ＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝(P U)2Rt ，可见Q 与P 、U 、t 都有关．所以，P 越大，Q 不一定越大，A 不对．W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路．而I ＝U R只适用于纯电阻电路，B 对． 在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W >Q ，即UI >I 2R ，C 对．Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 正确．4. 如图2所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻R M ＝0.6 Ω，R ＝10 Ω，U ＝160 V ，电压表的读数为110 V ．则：图2 (1)通过电动机的电流是多少？(2)输入到电动机的电功率是多少？(3)电动机工作1 h 所产生的热量是多少？答案 (1)5 A (2)550 W (3)5.4×104 J解析 (1)电动机是非纯电阻，不能用公式U M R M来求电路中的电流．R 两端的电压为U R ＝U －U M ＝160 V －110 V ＝50 V ，I ＝U R R ＝5010A ＝5 A. (2)P 入＝U M I ＝110×5 W ＝550 W.(3)Q ＝I 2R M t ＝5.4×104 J【方法技巧练】一、纯电阻电路中电功和电功率的计算方法5. 有四盏灯，接入如图3所示的电路中，L 1和L 2都标有“200 V 100 W ”字样，L 3和L 4都标有“220 V 40 W ”字样，把电路接通后，最暗的灯是哪一盏？最亮的灯是哪一盏？图3 答案 L 3最喑，L 4最亮解析 由它们的额定电压、额定功率判断出R 1＝R 2<R 3＝R 4，即R 4>R 1>R 23并，由串联电路的功率分配可得P 4>P 1>(P 2＋P 3)，由并联电路的功率分配可得P 2>P 3，所以L 3最暗，L 4最亮．方法总结 在比较两个灯泡的功率大小时，可先比较有相同量的两个灯泡，L 1与L 4电流相同，利用P ＝I 2R 比较功率大小；L 2与L 4电压相同，利用P ＝U 2R比较功率大小；L 1与L 2电阻相同，利用P ＝I 2R 比较功率大小．6．额定电压都是110 V ，额定功率P A ＝100 W ，P B ＝40 W 的电灯两盏，若接在电压是220 V 的电路上，两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个( )答案 C解析 判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否是额定电压，或电流是否是额定电流． 由P ＝U 2R和已知条件可知R A <R B . 对于A 电路，由于R A <R B ，所以A 灯若正常发光，U B >110 V ，B 灯被烧毁，两灯不能正常发光．对于B 电路，由于R B >R A ，A 灯又并联变阻器，并联电阻更小于R B ，所以U B >U 并，A 灯若正常发光，则B 灯烧毁．对于C 电路，B 灯与变阻器并联电阻可能等于R A ，所以可能U A ＝U B ＝110 V ，两灯可以正常发光．对于D 电路，若变阻器的有效电阻等于A 、B 的并联电阻，则U A ＝U B ＝110 V ，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(I A －I B )×110，而D 电路中变阻器功率为(I A ＋I B )×110，所以C 电路消耗电功率最小．方法总结 解此类问题的思路分两步：①先分清哪个电路的A 、B 灯能正常发光，这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值，其余两个也达到额定值方面分析．②确定了正常发光的电路后，再比较哪一个的实际功率小，可以用计算的方法去比较，也可以用定性分析法比较．二、纯电阻电路与非纯电阻电路中能量转化问题的分析7．一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内( )A ．电炉放热与电动机放热相等B ．电炉两端电压小于电动机两端电压C ．电炉两端电压等于电动机两端电压D ．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率答案 ABD解析 电炉属于纯电阻用电器，电动机属于非纯电阻用电器．对于电炉有：U ＝IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝I 2R .对于电动机有：U >IR ，放热Q ＝I 2Rt ，消耗功率P ＝UI >I 2R .8．有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；若把电动机接入2 V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A ．则：(1)电动机正常工作时的输出功率为多大？(2)如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？答案 (1)1.5 W (2)8 W解析 (1)接U ＝0.2 V 电压，电机不转，电能全部转化成内能，故可视为纯电阻电路．电流I ＝0.4 A ，根据欧姆定律，线圈电阻R ＝U I ＝0.20.4Ω＝0.5 Ω. 当接U ′＝2.0 V 电压时，电流I ′＝1.0 A ，故输入电功率P 电＝U ′I ′＝2.0×1.0 W ＝2.0 W ，热功率P 热＝I ′2R ＝1 2×0.5 W ＝0.5 W.故输出功率即机械功率P 机＝P 电－P 热＝(2.0－0.5) W ＝1.5 W.(2)如果正常工作时，转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率P 热′＝U ′2R ＝220.5W ＝8 W. 方法总结 (1)电动机是非纯电阻用电器，要注意区分电功率和热功率，电功率用P 总＝UI 计算，热功率P 热＝I 2R ，机械功率P 机＝P 总－P 热．(2)注意搞清楚电动机电路中的能量转化关系，用能量守恒定律来分析问题．1．不考虑温度对电阻的影响，对一个“220 V 40 W ”的灯泡，下列说法正确的是( ) A ．接在110 V 的电路中时的功率为20 W B ．接在110 V 的电路中时的功率为10 W C ．接在440 V 的电路中时的功率为160 W D ．接在220 V 的电路中时的功率为40 W 答案 BD 解析 由P 额＝U 2额R 得，灯泡的电阻R ＝220240 Ω＝1 210 Ω，当电压为110 V 时，P ＝U 2R ＝11021 210W ＝10 W ；电压为440 V 时，超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P ＝0. 2．通过电阻R 的电流为I 时，在时间t 内产生的热量为Q ；若电阻为2R ，电流为I /2时，则在时间t 内产生的热量为( )A ．4QB ．2QC ．Q /2D ．Q /4答案 C解析 由电热公式Q ＝I 2Rt 可得Q ′＝(12I )22Rt ＝12I 2Rt ＝12Q . 3．关于电功和电热，下面说法正确的是( )A 任何电路中的电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt 且W ＝QB ．任何电路中的电功W ＝UIt ，电热Q ＝I 2Rt 但W 有时不等于QC．电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用D．电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，只适用于纯电阻电路答案 B4．一台额定电压为U的电动机，它的电阻为R，正常工作时通过的电流为I，则() A．电动机t秒内产生的热量是Q＝UItB．电动机t秒内产生的热量是Q＝I2RtC．电动机的功率为P＝I2RD．电动机的功率为P＝U2/R答案 B解析电动机工作时，是非纯电阻电路，输入的总电能为UIt，它转化为两部分：一是电动机内阻上产生的热能Q＝I2Rt，二是电动机对外输出的机械能E＝UIt－I2Rt.5．两盏额定功率相同的灯泡A和B，其额定电压U A>U B，则下列说法正确的是() A．两灯正常发光时，灯泡的电流强度I A>I BB．两灯电阻R A<R BC．将两灯串联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A<P BD．将两灯并联后接入电路中发光时，则灯泡的功率P A′<P B′答案 D解析由P＝U2/R可知R A>R B，由P＝UI可知额定电流I A<I B.两灯串联后，由串联电路的功率分配关系可知P∝R，所以P A>P B；两灯并联后，由并联电路的功率分配关系可知P∝1/R，所以P A′<P B′.6. 如图4所示，三个电阻R1、R2、R3的阻值相同，允许消耗的最大功率分别为10 W、10 W、4 W，此电路中允许消耗的最大功率为()图4A．24 W B．16 WC．12 W D．15 W答案 D7．()A.1.80×103 JC．1.32×104 J D．1.08×105 J答案 D解析由铭牌可知，电热水壶的功率为1 800 W，所以正常加热1分钟产生的热量为Q ＝Pt＝1 800×60 J＝1.08×105 J.8. 有A、B两个电阻，它们的伏安特性曲线如图5所示，从图线可以判断()图5A．电阻A的阻值大于电阻BB．电阻A的阻值小于电阻BC．电压相同时，流过电阻A的电流强度较大D ．两电阻串联时，电阻A 消耗的功率较小答案 BCD9．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，直到热风将头发吹干．设电动机线圈电阻为R 1，它与电热丝的电阻R 2串联后接到直流电源上，电吹风机两端电压为U ，电流为I ，消耗的电功率为P ，则有( )①P ＝IU ②P ＝I 2(R 1＋R 2) ③P >IU ④P ＞I 2(R 1＋R 2)A ．①②B ．①④C ．②③D ．③④答案 B10. 如图6所示，电源电压恒为U ＝14 V ，小灯泡L 标有“4 V 8 W ”，电动机的线圈电阻r M ＝1.0 Ω，当变阻器调到2 Ω时，小灯泡与电动机均正常工作，求电动机的机械效率．图6答案 66.7% 解析 小灯泡正常工作I ＝P U 1＝2 A 电动机的输入功率P 入＝I (U －U 1－IR )＝12 W线圈电阻消耗的功率P 内＝I 2r M ＝4 W所以电动机的机械效率η＝P 入－P 内P 入＝12－412＝66.7%. 11．一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转动轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V 时，电流为0.3 A ．松开转动轴，在线圈两端加电压为2 V 时，电流为0.8 A ，电动机正常工作．则：该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？答案 1.6 W 0.96 W解析 电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻：r ＝U I ＝0.30.3Ω＝1 Ω. 电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P 入＝I 1U 1＝0.8×2 W ＝1.6 W ，电动机的机械功率为P 机＝P 入－I 21r ＝1.6 W －0.82×1 W ＝0.96 W.。