这里应强调说明:推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质,电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。再者,这里W=IUt是电场力做功,是消耗的总电能,也是电能所转化的其他形式能量的总和。
电流在通过导体时,导体要发热,电能转化为内能。这就是电流的热效应,描述它的定量规律是焦耳定律。
学生一般认为,W=IUt,又由欧姆定律,U=IR,所以得出W=I2Rt,电流做这么多功,放出热量Q=W=I2Rt。这里有一个错误,可让学生思考并找出来。
错在Q=W,何以见得电流做功全部转化为内能增量?有无可能同时转化为其他形式能?
英国物理学家焦耳,经过长期实验研究后提出焦耳定律。
2.焦耳定律--电流热效应
(1)焦耳定律
内容:电流通过导体产生的热量,跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。
表达式: Q=I2Rt ③
【说明】:对纯电阻电路(只含白炽灯、电炉等电热器的电路)中电流做功完全用于产生热,电能转化为内能,故电功W等于电热Q;这时W= Q=UIt=I2Rt
(2)热功率:单位时间内的发热量。即P=Q/t=I2R ④
【注意】②和④都是电流的功率的表达式,但物理意义不同。②对所有的电路都适用,而④式只适用于纯电阻电路,对非纯电阻电路(含有电动机、电解槽的电路)不适用。
关于非纯电阻电路中的能量转化,电能除了转化为内能外,还转化为机械能、化学能等。这时W 》Q。即W=Q+E其它 或P =P 热+ P其它、UI = I2R + P其它
引导学生分析P56例题(从能量转化和守恒入手)如图
再增补两个问题(1)电动机的效率。(2)若由于某种原因电动机被卡住,这时电动机消耗的功率为多少?
最后通过"思考与讨论"以加深认识。注意,在非纯电阻电路中,欧姆定律已不适用。
(三)小结:对本节内容做简要小结。并比较UIt和I2Rt的区别和联系,从能的转化与守恒的角度解释纯电阻电路和非纯电阻电路中电功和电热的关系。在纯电阻电路中,电能全部转化为电热,故电功W等于电热Q;在非纯电阻电路中,电能的一部分转化为电热,另一部分转化为其他形式的能(如机械能、化学能),故电功W大于电热Q。
(四)巩固新课:
1、复习课本内容