如何计算电功和电热?” |
发布时间: 2015/3/24 阅读次数:2814 |
“如何计算电功和电热?”学案 ◇学生提问 如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械,从能量转化的角度看.它主要是把电能转化为机械能,还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机,当电动机两端加220V电压时,通过电动机线圈的电流为50A。问: (1)每分钟该电动机消耗的电能是多少? (2)若该电动机线圈的电阻是0.4Ω,则线圈每分钟产生的热量是多少? (3)这台电动机每分钟所做的机械功是多少? 老师,怎样计算电动机消耗的电能和电流产生的热量呀? ◇问题探究 电功的计算(重要性:★★★★) 老师:电动机消耗的电能也就是电流所做的功,你想想,电功的计算公式是什么? 学生:电功的大小与电压、电流和通电时间成正比,公式是UItW=。 那消耗的电能 W=UIt=220V×50A×60s=6.6×105J 还有其他方法计算电功吗? 老师:学生,你想想,前面你在学习机械功率时,是怎样利用机械功率计算机械功的大小? 学生:呵呵,想起来了:如果题目给出了机械功率和做功时间,机械功的大小PtW =。 明白了:如果题目给出了电功率和通电时间,那电功也可以用PtW=计 算! 2 老师,我忽然想起来了:利用欧姆定律不是推导出了电功率的两个公式 RIP2 =和R UP2 = ,那如果题目给出了电流、电阻和通电时间,电功可以 利用RtIW 2=这一推导公式计算!如果题目给出了电压、电阻和通电时间, 电功可以利用tR UW2 =这一推导公式计算! 老师:非常好!你来解答出下面的题目吧? 某科技公司应用电磁感应原理发明并生产了一种“无电池手电筒”。手电简每摇lmin可照明约10min,灯泡的功率约为1.2W。手电筒是把 能转化为电能,每摇lmin手电筒获得的电能约为 J。 学生:好,我试试: 手电筒是把机械能转化为电能的; 每摇lmin手电筒获得的电能可用电流做的功来计算 J720s6010W2.1=´´==PtW 呵呵,看来电功的计算并没我想象中的那么难呀! 那电流通过线圈主要转化成了机械能,产生的热量只是电功中很少的一部分,那需要怎样计算呢? 电热的计算(重要性:★★★★) 老师:你分析的很好!电热的计算有专门的方法,那就是前人总结出的焦耳定律。你先看下面的题目,认识一下电热与哪些量有定性关系? 小明冬天取暖时发现:电暖器的电热丝热得发红,而与电热丝相连的导线却不怎么热。 (1)请你根据小明发现的现象提出一个需要探究的物理问题: ___________________________________________________? (2)如图所示是小明进行实验探究的部分电路,A、B烧瓶中装有质量 相等初温相同的煤油,金属丝电阻分别为RA、RB,RA<RB。通电一段时间后,发现 3 B烧瓶中温度计的示数大些。此现象说明:在_____________和______________相同时,_____________越大,电流产生的热量越多。 学生:我想想,电热丝与导线比较是电阻不同、但是电流相同、通电时间相同,那可以提出的问题是(1)电流通过导体产生的热量与导体电阻及两端电压有关吗? 从实验现象可以看出:B烧瓶中温度计的示数大些,说明B瓶中的金属丝产生的热量多,因此可得出结论“在导体的电流和通电时间相同时,导体的电阻越大,电流产生的热量越多”。 老师:很好,你查阅一下课本,看看电热与哪些量有什么定量关系? 学生:嗯,我看看,课本上讲:电热与电流的平方成正比、与导体的电阻成正比、与通电时间成正比,这就是焦耳定律的内容。表达式为RtIQ 2=。 哦,这一数量关系还真奇妙呀,电热与电阻和通电时间成正比我猜到了,但我怎么也想不到是与电流的平方成正比呢!我一定要好好学习物理,去探究未知的科学奥秘! 题目我会解答了:(2)产生的热量: RtIQ2==(50A)2×0.4Ω×60s=6.0×104J (3)所做的机械功:W机= W-Q=6.6×105J-6.0×104J=6.0×105J 老师:这是计算电热的能用方法。你想想,如果用电器不是电动机,而是一个纯电阻,电流做的功全部转化成了内能,还可以怎样计算电热? 学生:嗯,如果电路是纯电阻电路,电热就等于电功,还可用计算电功的方法来获知电热,WQ=。用这种方法应该挺方便的。 ◇学生笔记 计算电功的方法:tR URtIPtUItW2 2 ====,我们在应用时应该结合具体条件选择恰当的方法进行。 计算电热的方法:(1)RtIQ2=;(2)如果是 4 纯电阻电路,还可通过计算电功获知电热,WQ= ◇要点训练 1. 如图所示的电压力锅,集压力锅、电饭锅的优点于一体,省时节电,热效率高。该电压力锅额定电压为220V,加热时的功率为900W,保温时的总功率是加热时功率的1/3。电压力锅正常工作时,请解答下列问题(计算结果保留到小数点后一位)。 (1)电压力锅内气压大,液体的___高,煮熟食品用时短,所以节约电能。 (2)用电压力锅加热时,通过电热丝的电流和电热丝的电阻各是多少? (3)若电压力锅加热20min,保温10min,在此过程中共消耗的电能是多少度? 解:(1)沸点 (2)通过电热丝的电流 由A1.4V 220W 900,»== =UPIUIP 得 电热丝的电阻 由W»===8.53W 900V022,2 22)(得PURRUP 或W»=== 7.53A 1.4V220,IURRUI得由 (3)共消耗的电能 221121tPtPWWW+=+= h0.35kW h6 1 kW9.031h31kW9.0×=´´+´= 解析:(1)压力锅的作用就是通过增大气压来提高水的沸点;(2)电热丝的电流可用公式U P IUIP = =得,计算;电热丝的电阻可用两种方法求解,一是 5 欧姆定律,二是用推导公式P URRUP2 2,= =得;(3)共消耗的电能是两次 消耗的电能之和。 2.一只电烙铁的额定电压是220V,在额定电压下工作时的电阻是l210Ω。它的额定功率是 W,在额定电压下通电10min产生的热量是__J。 答案:40; 2.4×104 解析:W401210V2202 2=W ==) ( RUP J104.2s6010W404´=´´===PtWQ 3. 一根阻值为100Ω的电阻丝通电100S,通过的电流是2A,则电流产生的热量为 J。 答案:4×104 解析:J104s100100A2422´=´W´== )(RtIQ 4. 节约能源我们可以从身边的小事做起。例如小强家的电视机待机(没有切断电源,电源指示灯还亮着)时的功率为5W,每天都有20h处于待机状态。如果每次看完电视后就切断电源,那么一个月(30天)可节约的电能为 KW·h。 答案:3 解析:hkW330h20kW1053×=´´´==-PtW 5. 一只灯泡接在照明电路中,通过灯丝的电流强度是100mA,通电20min的过程中,有 焦耳的电能转化成了热能和光能。 答案:2.64×104 解析:J1064.2s6020A1.0V2204´=´´´==UItW 6. 小明仔细观察家中的电视机、电风扇、白炽灯和节能灯四种电器,发现它们上面都标有" 220V 40W "的字样,若它们都在额定电压下工作相同的时间, 6 则产生的热量最多的是 ( ) A.电视机 B.电风扇 C.白炽灯 D.节能灯 答案:C 解析:电视机工作时电能主要转化为光能和机械能;电风扇工作时主要将电能转化为机械能;节能灯是冷光源,工作时主要将电能转化为光能;而白炽灯工作时转化成的内能最多,所以产生热量最多的是C。 |
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