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第3節(jié)　電功與電熱
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]
1.能理解電功、電功率及焦耳定律的內(nèi)涵；能用焦耳定律解釋生產(chǎn)、生活中的電熱現(xiàn)象，能解決一些電熱問題。具有與恒定電流相關(guān)的能量觀念。
2.能體會電能的使用對人類生活和社會發(fā)展的影響。
[基礎(chǔ)梳理]
一、電功和電功率
1.電功
(1)自由電荷在電場力的作用下定向運(yùn)動而形成電流，電場力對自由電荷做的功，稱為電功。
(2)公式：如果電路兩端的電壓是U，電流為I，在時(shí)間t內(nèi)電流做的功W＝UIt。
2.電功率：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功就叫做電功率。用公式表示為：P＝＝UI，單位：瓦特(W)。
二、焦耳定律
1.焦耳定律
(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的二次方成正比，與導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。這就是焦耳定律。
(2)公式：Q＝I2Rt。
(3)在只含電阻的純電阻電路中，由U＝IR，可推得Q＝t。
2.純電阻電路與非純電阻電路
(1)純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的電熱。
(2)非純電阻電路：含有電動機(jī)或電解槽的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中，電能除部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其他形式的能。
(3)純電阻電路中：W＝Q；P＝P熱；
非純電阻電路中：W＝Q＋E其他>Q；P＝P熱＋P其他>P熱。
三、身邊的電熱
1.電流熱效應(yīng)的應(yīng)用
如電熱水器、電飯鍋、電刻筆、電焊等都是利用電流的熱效應(yīng)工作的。
2.電流熱效應(yīng)的危害
如果插頭和插座之間接觸不良會迸出火花。在輸電線路中由于電熱，降低電能的傳輸效率，電流過大，散熱不好，還會燒壞電線的絕緣層，引起漏電、觸電等事故。
[能力拓展]
一、電功和電功率
1.對電功的理解
(1)從能的角度看，電流做功的過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，電功的大小量度了電能的減少量，標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少。
(2)從力的角度看，電流做功的實(shí)質(zhì)是電場力對自由電荷做功。
2.對電功率的理解
(1)電功率表示電流做功的快慢或用電器消耗電能的快慢。
(2)公式P＝＝UI對任何電路都適用。
3.額定功率和實(shí)際功率
(1)額定功率：用電器正常工作時(shí)所消耗的功率，當(dāng)用電器兩端的電壓達(dá)到額定電壓或電流達(dá)到額定電流時(shí)，用電器達(dá)到額定功率。P額、I額、U額其中一個(gè)達(dá)到額定值，則另外兩個(gè)也為額定值。
(2)實(shí)際功率：用電器在實(shí)際電壓下電流做功的功率，一般情況下，為保證用電器的安全，實(shí)際功率應(yīng)小于或等于額定功率。
二、純電阻電路和非純電阻電路
純電阻電路和非純電阻電路
純電阻電路 非純電阻電路
能量轉(zhuǎn) 化情況
電功和電 熱的關(guān)系 W＝Q 即IUt＝I2Rt＝t W＝Q＋E其他 UIt＝I2Rt＋E其他
電功率和 熱功率的 關(guān)系 P＝P熱 即UI＝I2R＝ P＝P熱＋P其他 即UI＝I2R＋P其他
歐姆定律 是否成立 成立 U＝IR　I＝ 不成立 U>IR　I<
[隨堂演練]
1．對公式E＝和UAB＝Ed的理解，下列說法正確的是（　　）
A．由E＝知，勻強(qiáng)電場中A、B兩點(diǎn)沿電場線的距離越大，則電場強(qiáng)度越小
B．公式UAB＝Ed適用于計(jì)算任何電場中A、B兩點(diǎn)間的電勢差
C．公式中的d是勻強(qiáng)電場中A、B所在的兩等勢面之間的距離
D．由UAB＝Ed知，A點(diǎn)和B點(diǎn)間距離越大，則這兩點(diǎn)的電勢差越大
2．下列說法正確的是（　　）
A．電勢差與電勢一樣，是相對量，與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān)
B．電場中兩點(diǎn)間電勢的差值叫做電勢差，也叫電壓
C．A、B兩點(diǎn)的電勢差是恒定的，不隨零電勢點(diǎn)的不同而改變，所以UAB＝UBA
D．UAB表示B點(diǎn)與A點(diǎn)之間的電勢差，即UAB＝φB－φA
3．下列說法正確的是（　　）
A．電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度大，該點(diǎn)的電勢不一定高
B．電場中某點(diǎn)的電勢高，檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的電勢能一定大
C．電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)為零，檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的電勢能一定為零
D．勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差與兩點(diǎn)間距離成正比
4．關(guān)于靜電場，下列結(jié)論始終成立的是（　　）
A．電場強(qiáng)度為零的地方，電勢也為零
B．電場強(qiáng)度的方向與該處等勢面垂直
C．電場強(qiáng)度的大小逐漸減小，電勢也逐漸降低
D．任一點(diǎn)電勢降落的方向就是該點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向
5．電場中有A、B、C三點(diǎn)，一個(gè)帶電荷量為2×10-8C的負(fù)電荷從A移到B，電場力做功為-4×10-6J。另一個(gè)帶電荷量為3×10-8C的正電荷從A移到C，電場力做功為9×10-6J。則B、C兩點(diǎn)間的電勢差UBC為（　　）
A．-500V B．-300V C．100V D．300V
6．空間存在平行xoy平面的勻強(qiáng)電場，已知O點(diǎn)的電勢為零，坐標(biāo)為（15cm，0）的A點(diǎn)電勢為30V，坐標(biāo)為（0，20cm）的B點(diǎn)電勢為40V，則下列關(guān)于該電場的電場強(qiáng)度大小和方向，說法正確的是（　　）
A．2V/m，沿∠xoy角平分線指向左上方
B．200V/m，沿oy正方向
C．200V/m，沿∠xoy角平分線指向左下方
D．200V/m，沿∠xoy角平分線指向右上方
7．將一帶電荷量為q = +1.0×10-9C的檢驗(yàn)電荷，從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做功3.0×10-7J，從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，克服電場力做功4.0×10 -7J。則A、B、C三點(diǎn)中，電勢最高的是__________點(diǎn)，A、C兩點(diǎn)間的電勢差UAC = __________V。
8．如圖所示，在平行金屬帶電極板MN電場中將電荷量為C的負(fù)點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到M板，電場力做功J，把該點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到N板，克服電場力做功為J，其中M板帶正電，N板帶負(fù)電且接地。求：
（1）兩極板間的電勢差UMN；
（2）A點(diǎn)的電勢；
（3）該點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電勢能EPA。
參考答案
1．C
【詳解】
A．場強(qiáng)的大小是由電場本身決定的，與U、d無關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B．公式UAB=Ed中，E只有是定值才能求解電勢差，所以可知此公式只適用于勻強(qiáng)電場，故B錯(cuò)誤；
C．公式中的d是勻強(qiáng)電場中a、b沿電場線方向的距離，也可以是這兩點(diǎn)所在的兩等勢面之間的距離，故C正確；
D．在同一勻強(qiáng)電場中，公式U=Ed中，d是兩點(diǎn)間沿電場線方向的距離，所以只有當(dāng)兩點(diǎn)間沿場強(qiáng)方向的距離越大時(shí)，兩點(diǎn)間電勢差也越大，而不是任意兩點(diǎn)間的距離越大，兩點(diǎn)間電勢差也越大，故D錯(cuò)誤。
故選C。
2．B
【詳解】
A．電勢是相對的，是相對于零電勢點(diǎn)而言的，而電勢差是絕對的，故A錯(cuò)誤；
B．根據(jù)電勢差的概念可知，電場中兩點(diǎn)間電勢的差值叫做電勢差，又叫電壓，故B正確；
CD．UAB=φA-φB=-UBA，故UAB表示A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的電勢差，故CD錯(cuò)誤。
故選B。
3．A
【詳解】
A．沿著電場線方向，電勢逐漸降低，故電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度大，該點(diǎn)的電勢不一定高，A正確；
B．正電荷在電勢高處電勢能大，負(fù)電荷在電勢高處電勢能小，B錯(cuò)誤；
C．檢驗(yàn)電荷在某點(diǎn)的電勢能是否為零與選定的零電勢點(diǎn)有關(guān)，與場強(qiáng)是否為零無關(guān)，C錯(cuò)誤；
D．勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差要與兩點(diǎn)距離成正比，兩點(diǎn)間的連線必須是平行的，D錯(cuò)誤。
故選A。
4．B
【詳解】
A．電場強(qiáng)度為零的地方，電勢不一定為零，因?yàn)殡妱莸牧泓c(diǎn)是人為選取的，故A錯(cuò)誤；
B．電場強(qiáng)度的方向與等勢面處處垂直，故B正確；
C．電場強(qiáng)度的大小逐漸降低，說明電場線逐漸變疏，但電場線的方向不能確定，所以電勢不一定降低，故C錯(cuò)誤；
D．沿電場強(qiáng)度方向，電勢一定降低，但電勢降落的方向有若干，不一定是電場強(qiáng)度的方向，電場強(qiáng)度的方向總是指向該點(diǎn)電勢降落最快的地方，故D錯(cuò)誤；
故選B。
5．C
【詳解】
A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB為
A、C兩點(diǎn)間的電勢差UAC為
B、C兩點(diǎn)間的電勢差UBC為
所以C正確；ABD錯(cuò)誤；
故選C。
6．C
【詳解】
由勻強(qiáng)電場的特點(diǎn)可知，M點(diǎn)與A點(diǎn)電勢相等，如圖所示
根據(jù)電場線方向由電勢高等勢面指向等勢低的等勢面，則電場強(qiáng)度方向?yàn)檠亍蟲oy角平分線指向左下方，大小為
故選C。
7．C -100
【詳解】
[1][2]根據(jù)
則
則A、B、C三點(diǎn)中，電勢最高的是C點(diǎn)；A、C兩點(diǎn)間的電勢差
UAC =UAB+UBC=-100V
8．（1）；（2）；（3）
【詳解】
（1）M、N間的電勢差：
（2）A點(diǎn)電勢
（3）該點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電勢能

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