第05节 焦耳定律【知能准备】1.电流做功的多少等于 转化为其他形式能的数量；所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对 的 力在做功，电荷的 减小，其他形式的能在增加；公式：W= ，P= 。
2.电流通过用电器时把 能全部转化为 能，这样的电路叫做纯电阻电路。
【同步导学】 1.电功和电功率（1）电功是电流通过一段电路时，电能转化为其他形式能（电场能、机械能、化学能或内能等）的量度。
（2）W= qU=UIt 是电功的普适式，P= UI 是电功率的普适式，适用于任何电路。
2.焦耳定律和热功率（1）电热则是电流通过导体时，电能转化为内能的量度.（2）Q=I 2Rt 是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I 通过电阻R 时在t 时间内产生的热量（电热）；P=I 2R 是热功率的计算式，3.电功和电热（1）在纯电阻电路中：电流通过用电器以发热为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅，电烙铁、白炽灯泡等。
这时电能全部转化为内能，电功等于电热，即W=UIt=I 2Rt=t R U 2.同理P=UI=I 2R=RU 2. （2）在非纯电阻电路中：电流通过用电器是以转化为内能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的内能损失。
例如电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等.这时电路消耗的电能，即W=UIt 分为两部分，一大部分转化为其他形式的能（例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能）；另一小部分不可避免地转化为电热Q=I 2R t （电枢的电阻生热）.这里W=UIt 不再等于Q=I 2Rt ，应该是W=E 其他＋Q.（3）电功和电热是两个不同的物理量，只有在纯电阻电路中，电功才等于电热，W=Q=UIt=I 2R t=t RU 2；在非纯电阻电路中，电功大于电热，W>Q ，这时电功只能用W=UIt 计算，电热只能用Q=I 2Rt 计算，两式不能通用。
1．一只普通的家用照明白炽灯泡正常发光时，通过它的电流值与下列哪一数值较为接近( )A ．20 AB ．2 AC ．0.2 AD ．0.02 A解析：普通的家用照明白炽灯泡正常发光时，其功率一般为几十瓦，根据P ＝UI ，可得I ＝PU ，显然电流值与0.2 A 最接近．答案：C2．如图所示，图中画出了RA 、RB 、RC 三个电阻的伏安特性曲线．将这三个电阻并联后接在电路中，其中消耗电功率最大的是：A ．RAB ．RBC ．RCD ．条件不足，无法确定【答案】A3．有一只电风扇，标有“220 V 50 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 ＝U 2·t/RB ．Q ＝PtC ．Q ＝(P/U)2·RtD ．以上三种方法均正确答案：C4. 一台电风扇，内阻为20 Ω，接上220 V 电压后，消耗功率66 W ，问： （1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？（2）电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？ （3）如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？解答 （1）因为P 入=IU所以I=22066=U P（2）电风扇正常工作时转化为内能的功率 P 内=I 2R=0.32电风扇正常工作时转化为机械能的功率 P 机=P 入-P 内=66 W-电风扇正常工作时的效率 η=662.64(3)电风扇风叶被卡住后电动机不转时可视为纯电阻，通过电风扇的电流 I=20220=R U电动机消耗的电功率 P=IU电动机发热功率 P 内=I 2R=1125．(16分)电动机的额定电压是110 V ，额定功率是2.2 kW ，线圈的电阻是0.5 Ω，求： (1)电动机正常工作时的电流多大？ (2)1 s 时间内线圈上产生的热量是多少？ (3)1 s 时间内转化的机械能有多少？(4)用此电动机提升质量为100 kg 的重物，匀速运动时的速度多大？解析：(1)根据P ＝UI 可得，I ＝PU ；(2)1 s 时间内线圈上产生的热量Q ＝I 2Rt ＝200 J ；(3)根据能量转化和守恒定律可知，1 s 时间内转化的机械能E 机＝E 电－Q ＝UIt －I 2Rt ＝2000 J ；(4)电动机输出的机械功率P 机＝UI －I 2R ，因为P 机＝F v ，重物匀速运动时，F ＝mg ，所以v ＝P 机F ＝P 机mg，代入数据即得v ＝2 m/s.答案：(1)20 A (2)200 J (3)2000 J (4)2 m/s 6．(16分)观察某洗衣机的铭牌，解答问题：防触电保护类别I 类 额定洗涤容量5 kg 额定电压220 V 电源频率50 Hz 洗涤功率330 W 甩干功率650 W 水加热功率1950 W最大工作电流10 A自来水压力 0．05 MPa ≤p ≤1 MPa重量72 kg 出厂日期： 1997年8月28日 出厂编号：9 7 0 8 2 8 2 5 3(1)正常洗涤时，通过洗衣机电流量多大？ (2)给水加热的电阻丝电阻有多大？ 答案：(1)1.5 A (2)24.8 Ω7．在某段电路中，其两端电压为U ，通过的电流为I ，通电时间为t ，若该电路电阻为R ，则关于电功和电热的关系，下列结论正确的是 （ ）A ．在任何电路中，电功UIt=I 2RtB ．在任何电路中，电功为UIt ，电热为I 2RtC ．在纯电阻电路中，UIt=I 2RtD ．在非纯电阻电路中，UIt>I 2Rt 【答案】BCD 8．加在某台电动机上的电压是U ，电动机消耗的电功率为P ，电动机线圈的电阻为R ，则电动机的机械功率为（ ） A ．PB ． 2/U RC ．P 2R/U 2D ．P －P 2R/U 2【答案】D9．(12分)如图所示，电源电动势为E=30V ，内阻为r=1Ω，电灯上标有“6V ，12W”字样，直流电动机线圈电阻R=2Ω。
若闭合开关后，电灯恰能正常发光，求：（1）流过电灯的电流是多大？ （2）电动机两端的电压是多大？ （3）电动机输出的机械功率是多少？ 【答案】（1）2A （2）22V （3）36W10．某同学用如图所示的电路进行小电机M 的输出功率的研究，其实验步骤如下所述，闭合电键后，调节滑动变阻器，电动机未转动时，电压表的读数为U 1，电流表的读数为I 1；再调节滑动变阻器，电动机转动后电压表的读数为U 2，电流表的读数为I 2，则此时电动机的输出功率为 ( )A ．112222I U I I U -B ． 221221I U U I I +C ．22I UD ．1122I U I【答案】A 11．（12分）有一电动机，其铭牌上标有“100V 、50W ”，当给此电动机接上100V 的电源使其正常工作时，测得它可以将重为10N 的物体以4m/s 的竖直速度匀速提起，试问：(1)此电动机的线圈电阻为多大？(2)为了让此电动机和一个“100V 、40W ”的白炽灯泡在一个输出电压为200V 的电源带动下都能正常工作，有人设计了如图所示的电路，请计算电路中的附加电阻的阻值。
【答案】(1)r = 40Ω (2) 1000Ω 12．（10分）如图所示，是用直流电动机提升重物的装置，重物质量m=50kg ，电源电动势E=110V ，内电阻r 1=1Ω，电动机的内电阻r 2=4Ω。
阻力不计。
当匀速提升重物时，电路中电流强度I=5A 。
取g=10m/s 2，试求：（1）电源的总功率和电动机的输出功率； （2）重物上升的速度。
【答案】（1）550W 425W （2）0.85m/s 13．（15分）．有一个直流电动机，把它接入0．2V 电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A ，若把它接入2V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A 。
求：（1）电动机正常工作时的输出功率。
（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器）【答案】1.5 W 8W15．（10分）一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升所受重力为4 N的物体时，通过它的电流是0.2 A．在30 s内可使该物体被匀速提升3 m．若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：(1)电动机的输入功率；(2)在提升重物的30 s内，电动机线圈所产生的热量；(3)线圈的电阻．【答案】(1)0.6 W (2)6 J (3)5 Ω32．（8分）. 如图所示，已知电源电动势E=20V，内阻r=1Ω，当接入固定电阻R=4Ω时，电路中标有“3V 6W”的灯泡L和内阻r′=0.5Ω的小型直流电动机恰能正常工作，求：(1)电路中的电流强度？(2)电动机的额定工作电压？电动机的输出功率?(3)电源的总功率？【答案】(1) 2(A) (2) 12(w) (3) 40(w)17．(11分)利用电动机通过如图20所示的电路提升重物，已知电源电动势E＝6 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R ＝3 Ω，重物质量m＝0.10 kg，当将重物固定时，电压表的示数为5 V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5 V，求（1）电动机线圈的电阻R1 (2)电动机以稳定的速度匀速提升重物时，消耗的电功率(3) 电动机以稳定的速度匀速提升重物时，输出的电功率(4)重物匀速上升时的速度大小(不计摩擦，g取10 m/s2)．【答案】2欧姆（2分）2W （3分） 1.5W （3分） 1.5m/s（3分）18．室内有五种用电器：1.5kW的电饭锅，200W的电冰箱，750W的取暖器，250W的电视机和2kW的空调机，供电电压是220V，进线处有13A的保险丝，为不使保险丝烧断，下列用电器不能同时使用的是() A．电饭锅和电冰箱B．取暖器和空调机C．电饭锅和空调机D．电冰箱、电视机和空调机解析：根据题意可知，该室能够使用电器的总功率最大为P max＝UI max＝220×13W＝2.86kW，显然，电饭锅和空调机的总电功率达到了3.5 kW>2.86 kW.答案：C20．一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，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相等B ．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率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 【答案】ABC21．如图所示为研究玩具电动机性能的直流电路图，电源的电动势为E ，内阻为r ，可变电阻的阻值为R 1，M 为电动机，电阻为R 2。