新課標(biāo)人教版3-1選修三23歐姆定律10(編輯修改稿)
2024-12-26 02:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 們可以更好地理解這兩個重要概念． 在導(dǎo)體兩端加上電壓，導(dǎo)體內(nèi)就建立了電場．電場力在推動自由電子定向移動中要做功．設(shè)導(dǎo)體兩端的電壓為 U，通過導(dǎo)體橫截面的電量為 q，那么，從上一章講的可知，電場力所做的功 W=qU．由于 q=It，所以， W=UIt． 上式中 W、 U、 I、 t的單位應(yīng)分別用焦、伏、安、秒． 電場力做的功常常說成是電流做的功，簡稱電功．所以， 電流在一段電路上所做的功，跟這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時間成正比． 電流通過用電器做功的過程，實際上是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程．電流通過電動機(jī)做 功，電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過電爐做功，電爐變熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．電流做功消耗的電能是由電源供給的．電流在整個電路中做了多少功，電源就提供了多少電能． 電流所做的功跟完成這些功所用的時間的比值叫做電功率．用 P 表示電功率，那么 P=UI． 上式中 P、 U、 I的單位分別用瓦、伏、安． 可見， 一段電路上的電功率，跟這段電路兩端的電壓和電路中的電流成正比． 用電器上通常都標(biāo)明它的電功率和電壓，叫做用電器的額定功率和額定電壓．如果給它加上的電壓等于額定電壓 ，它在工作時消耗的功率就等于額定功率，這時用電器正常工作．但是，如果用電器的工作電壓不等于額定電壓，實際消耗的功率就不再等于額定功率了．例如，標(biāo)有 “220V40W” 的燈泡，接在 220 伏的電源上，燈泡正常發(fā)光．這時通過 在 110 伏的電源上，通過它的電流變小 ，它消耗的功率就小于額定功率，燈泡會變得昏暗不亮．如果把它接在高于 220 伏的電源上，通過它的電流增大，消耗的功率就大于額定功率，有燒壞燈絲的危險．所以，在把用電器接通電源之前，必須查清用電器的額定電壓與電源電壓是否一致． 練習(xí)三 （ 1）在學(xué)校、家庭或其他方便的地方觀察幾種常見的用電器，記下它們的額定功率和額定電壓．自己設(shè)計一個表格，把觀察的結(jié)果抄在作業(yè)本上． （ 2）在用電器功率為 、電源電壓為 220V 的電路中，應(yīng)不應(yīng)該選用熔斷電流為 6A的保險絲？ （ 3）日常使用的電功單位是千瓦時（俗稱 “ 度 ” ），等于功率為 1kW 的電流在 1h 內(nèi)做的功．千瓦時等于多少焦耳？ （ 4）額定電壓是 220V，功率是 40W、 60W、 100W 的燈泡，正常發(fā)光時的電阻是多少？ （ 5）在電阻器上除了標(biāo)明電阻值，還標(biāo)明額定功率值．這是它工作時允許消耗的最大功率，超過這個功率，電阻器會被燒壞．有一個 “2k ① 允許加在這個電阻器上的最大電壓是 ______V； ② 這個電阻器上能通過的最大電流是 ______A； ③ 給這個電阻器加上 10V 的電壓時，它消耗的功率是 ______W． 五、焦耳定律 我們知道，電流通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體總要發(fā)熱，這是電流的熱效應(yīng)．電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)呢？ 英國物理學(xué)家焦耳（ 1818～ 1889）用實驗研究了這個問題后指出： 電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻和通電時間成正比 ．這就是我們在初中學(xué)過的焦耳定律．用 Q 表示熱量， I 表示電 流， R表示電阻， t表示時間，焦耳定律可以寫成如下的公式： Q=I2Rt． 在這個式子中， I、 R、 t的單位分別是安、歐、秒，熱量的單位是焦． 電流通過電路時要做功，同時，一般電路都是有電阻的，因此電流通過電路時也要生熱．那么，電流做的功跟它產(chǎn)生的熱之間，又有什么關(guān)系呢？ 如果電路中只含有電阻，即所謂純電阻電路，由于 U=IR，因此 UIt=I2Rt．這就是說，電流所做的功 UIt 跟產(chǎn)生的熱量 I2Rt 是相等的．在這種情況下，電能完全轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能．這時電功的公式也可以寫成： 如果不是純電阻電路，電路中還包含電動機(jī)、電解槽等用電器，那么，電能除部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等．這時電 功仍然等于 UIt，產(chǎn)生的熱量仍然等于 I2Rt 但電流所做的功已不再等于產(chǎn)生的熱量，而是大于這個熱量；加在電路兩端的電壓 U 也不再等于 IR， 例如，一臺電動機(jī)，額定電壓是 110 伏，電阻是 歐，在正常工作時通過的電流是 50 安．每秒鐘內(nèi)電流做的功是 UIt=10 3J．由于電動機(jī)線圈有電阻而每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的熱量是 I2Rt=10 3J．可見，電功比電熱大很多．電流做功消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能． 總 之，只有在純電阻電路里，電功才等于電熱；在非純電阻電路里，要注意電功和電熱的區(qū)別． 練習(xí)四 （ 1）額定電壓是 220V、電阻是 160Ω
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