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15.4　焦耳定律
学习目标 1. 知道电流热效应的现象及能量的转化情况。 2. 通过探究影响电流热效应的因素，理解焦耳定律的内容，能够利用焦耳定律公式进行简单的计算。 3. 会利用焦耳定律解释一些生活中的简单现象。 4. 举例说出生活中利用电热的实例，了解电热的危害和防止方法。
任务一　通电导体产生的热量与哪些因素有关
活动1：主要实验器材选取及作用
(1)加热材料的选用：用煤油或空气(相比水，煤油是绝缘体；煤油和空气的比热容小，可以使实验现象更明显)；
(2)选择加热物质的要求：物质种类、质量和初温均相同。
活动2：实验步骤
(1)探究电流产生的热量与电阻的关系
如图甲所示，将两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流相同，通电一段时间后，比较两个容器中U形管液面的高度变化情况，发现与右边容器相连的U形管液面高度变化更大一些。
结论：在　电流　相同、　通电时间　相同的情况下，电阻越　大　，这个电阻产生的热量越多。
(2)探究电流产生的热量与电流的关系
如图乙所示，两个密闭容器中的电阻丝阻值都是5 Ω，在右侧容器的外部，将一个5 Ω的电阻与这个电阻并联，因此通过左侧容器中电阻丝的电流大于通过右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同时，观察两个U形管中液面高度的变化。发现与左侧容器相连的U形管液面变化更大一些。
结论：在　电阻　相同、　通电时间　相同的情况下，通过电阻的电流越　大　，这个电阻产生的热量越多。
(3)探究电流产生的热量与时间的关系
如图丙所示，将这套装置接到电源两端，在通电过程中，只观察与左边容器相连的U形管的液面高度变化情况，发现随着通电时间越长，U形管中液面高度变化越大。
结论：在　电流　相同、　电阻　相同的情况下，通电时间越　长　，这个电阻产生的热量越多。
通电导体产生的热量与导体的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。电阻越大，电流越大，通电时间越长，产生的热量越多。
【应用1】(2025·茂名模拟)在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
　
(1)为了探究电热器产生的热量与电流的关系，小明设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，通过比较烧瓶内液体的温度变化，来判断相同时间内不同电流产生的热量多少。若他想让烧瓶内液体在短时间内温度变化更明显，应选用　煤油　(选填“煤油”或“水”)，理由是　煤油的比热容比水小　。
(2)小明先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30 s再测量烧瓶内液体的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据(见下表)：
实验次数 电流/A 通电时间/s 电阻/Ω 温度升高量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出结论：同一导体，在通电时间相等时，电流越　大　，其产生的热量越　多　。
(3)若要探究电热器产生热量与电阻的关系，应保持电流和通电时间相等，同时选择图乙中　B　(选填“A”或“B”)烧瓶与图甲中的烧瓶　串联　(选填“串联”或“并联”)。
特别提醒：本题考查了影响电流产生热量多少的因素的探究，实验采用控制变量法和转换法来进行。
任务二　焦耳定律
电流通过导体产生的热量与电阻、电流和时间都有关，那么热量与电阻、电流和时间有着怎样的数量关系？通过回答下列问题，我们来学习焦耳定律的内容。
问题1: 当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就　等于　消耗的电能W。
问题2：若Q＝W，由W＝　UIt　，U＝　IR　，得Q＝　I2Rt　。
焦耳定律
(1)内容：电流通过导体时产生的热量，跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。
(2)公式：Q＝I2Rt，在国际单位制中，电热的单位是焦耳，符号J。
拓展：纯电阻电路焦耳定律：电能全部转化为内能。W＝Q＝Pt＝UIt＝I2Rt＝t。
【应用2】(2025·广州期末)如图所示，灯泡L的额定电压为2.5 V，定值电阻R＝10 Ω。闭合开关，电压表示数为4 V，电流表示数为0.2 A。求：
(1)电阻两端的电压；
(2)此时灯泡的电阻；
(3)经过1 min，R产生的热量。
解：(1)由题图可知灯泡与定值电阻串联，电压表测量电源电压，电流表测量电路的电流，由欧姆定律知，电阻两端的电压
UR＝IR＝0.2 A×10 Ω＝2 V。
(2)根据题意可知，闭合开关，电压表示数为4 V，电流表示数为0.2 A，由欧姆定律知，电路的总电阻
R总＝＝＝20 Ω，
由串联电路电阻的特点知，此时灯泡的电阻
RL＝R总－R＝20 Ω－10 Ω＝10 Ω。
(3)由焦耳定律Q＝I2Rt知，经过1 min，R产生的热量
Q＝I2Rt＝(0.2 A)2×10 Ω×60 s＝24 J。
特别提醒：本题考查串联电路特点、欧姆定律的计算、焦耳定律的计算。知道电路中的电流根据欧姆定律求电压，根据欧姆定律及串联电路电阻特点求电阻，根据焦耳定律求电热。
任务三　电流热效应的应用与控制
电流通过导体产生的热量对人们来说有时是有益的，有时是有害的，我们要辩证的对待电热，请回答下列问题。
问题1：你知道的电热器有　电熨斗　、　电热水壶　、　电饭煲　等。
问题2：防止电热产生的危害的实例有电视机、笔记本电脑、电冰箱设置　散热装置(散热孔、散热片、散热风扇)　。
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学习目标 1. 知道电流热效应的现象及能量的转化情况。 2. 通过探究影响电流热效应的因素，理解焦耳定律的内容，能够利用焦耳定律公式进行简单的计算。 3. 会利用焦耳定律解释一些生活中的简单现象。 4. 举例说出生活中利用电热的实例，了解电热的危害和防止方法。
任务一　通电导体产生的热量与哪些因素有关
活动1：主要实验器材选取及作用
(1)加热材料的选用：用煤油或空气(相比水，煤油是绝缘体；煤油和空气的比热容小，可以使实验现象更明显)；
(2)选择加热物质的要求：物质种类、质量和初温均相同。
活动2：实验步骤
(1)探究电流产生的热量与电阻的关系
如图甲所示，将两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流相同，通电一段时间后，比较两个容器中U形管液面的高度变化情况，发现与右边容器相连的U形管液面高度变化更大一些。
结论：在 相同、 相同的情况下，电阻越 ，这个电阻产生的热量越多。
(2)探究电流产生的热量与电流的关系
如图乙所示，两个密闭容器中的电阻丝阻值都是5 Ω，在右侧容器的外部，将一个5 Ω的电阻与这个电阻并联，因此通过左侧容器中电阻丝的电流大于通过右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同时，观察两个U形管中液面高度的变化。发现与左侧容器相连的U形管液面变化更大一些。
结论：在 相同、 相同的情况下，通过电阻的电流越 ，这个电阻产生的热量越多。
(3)探究电流产生的热量与时间的关系
如图丙所示，将这套装置接到电源两端，在通电过程中，只观察与左边容器相连的U形管的液面高度变化情况，发现随着通电时间越长，U形管中液面高度变化越大。
结论：在 相同、 相同的情况下，通电时间越 ，这个电阻产生的热量越多。
通电导体产生的热量与导体的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。电阻越大，电流越大，通电时间越长，产生的热量越多。
【应用1】(2025·茂名模拟)在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
　
(1)为了探究电热器产生的热量与电流的关系，小明设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，通过比较烧瓶内液体的温度变化，来判断相同时间内不同电流产生的热量多少。若他想让烧瓶内液体在短时间内温度变化更明显，应选用 (选填“煤油”或“水”)，理由是 。
(2)小明先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30 s再测量烧瓶内液体的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据(见下表)：
实验次数 电流/A 通电时间/s 电阻/Ω 温度升高量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出结论：同一导体，在通电时间相等时，电流越 ，其产生的热量越 。
(3)若要探究电热器产生热量与电阻的关系，应保持电流和通电时间相等，同时选择图乙中 (选填“A”或“B”)烧瓶与图甲中的烧瓶 (选填“串联”或“并联”)。
任务二　焦耳定律
电流通过导体产生的热量与电阻、电流和时间都有关，那么热量与电阻、电流和时间有着怎样的数量关系？通过回答下列问题，我们来学习焦耳定律的内容。
问题1: 当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就 消耗的电能W。
问题2：若Q＝W，由W＝ ，U＝ ，得Q＝ 。
焦耳定律
(1)内容：电流通过导体时产生的热量，跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。
(2)公式：Q＝I2Rt，在国际单位制中，电热的单位是焦耳，符号J。
拓展：纯电阻电路焦耳定律：电能全部转化为内能。W＝Q＝Pt＝UIt＝I2Rt＝t。
【应用2】(2025·广州期末)如图所示，灯泡L的额定电压为2.5 V，定值电阻R＝10 Ω。闭合开关，电压表示数为4 V，电流表示数为0.2 A。求：
(1)电阻两端的电压；
(2)此时灯泡的电阻；
(3)经过1 min，R产生的热量。
特别提醒：本题考查串联电路特点、欧姆定律的计算、焦耳定律的计算。知道电路中的电流根据欧姆定律求电压，根据欧姆定律及串联电路电阻特点求电阻，根据焦耳定律求电热。
任务三　电流热效应的应用与控制
电流通过导体产生的热量对人们来说有时是有益的，有时是有害的，我们要辩证的对待电热，请回答下列问题。
问题1：你知道的电热器有 、 、 等。
问题2：防止电热产生的危害的实例有电视机、笔记本电脑、电冰箱设置 。
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