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第十八章 电功率
第4节 焦耳定律
课堂导入
课程讲授
课堂反馈
课堂总结
课堂导入
导线和电炉串联，为什么电炉丝热得发红而导线并怎么热？
（1）寻找以下用电器工作时的共同特点：
用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。
一、电流的热效应
课程讲授
（2）电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
【猜想与假设】
（1）可能与通过导体的电流有关；
（2）可能与导体的电阻有关；
（3）可能与通电时间有关。
2. 探究电热的影响因素
（1）实验装置介绍
透明的塑料容器内部密闭着等量的空气，容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。
【设计实验 】
研究方法
①控制变量法
②转换法
实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
加热前
加热时
Δh右
Δh左
液面相平
0.22
（2）为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间 关系 U形管液面 高度差⊿h 左 右 左 右 左 右 左 右
1 相等 5 10 相等
2 大 小 相等 相等
0.28
【进行实验】
（1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系
将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。
（2）探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系
在右方密封盒外并联一个电阻R3，目的是通过两个容器中电阻的电流不同。
I1=2I2
I1
I2
（3）探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系
闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。
Δh
实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间 关系 U形管液面 高度差⊿h 左 右 左 右 左 右 左 右
1（左图） 相等 5 10 相等
2（右图） 大 小 相等 相等
大
大
小
小
较暗
较亮
0.22
0.28
实验结论：
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。
在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
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。
视频演示《电流通过导体产生的热量跟电阻的关系》
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系。
3. 焦耳定律
较暗
较亮
0.22
（1）内容：
电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
（2）公式： Q = I2Rt
0.22
0.28
（3）公式中Q = I2Rt 各量单位：
I 单位是安培（A） R 单位是欧姆（Ω）
t 单位是秒（s） Q单位是焦耳（J）
较暗
0.22
推导焦耳定律
若电流做的功全部用来产生热量，
即 Q = W
因为电功 W = UIt
根据欧姆定律 U = IR
所以 Q = W = UIt = I2Rt
可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
0.22
0.28
（4）电功与电热的联系
①纯电阻电路
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q=W
Q放= W=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt
上述公式适用于纯电阻电路。如电炉、电热器、电熨斗等。
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0.28
②非纯电阻电路
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 。
此时电能=内能+机械能 ，所以Q＜W。
较暗
较亮
0.28
电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
因为电炉丝与导线串联，电流与通电时间相等，但是电炉丝的电阻远大于电线的电阻，根据焦耳定律 Q=I 2Rt 可知，在相同时间内，电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。
例：一根60 的电阻丝接在36V的电源上，在5min内共产生多少热量？
解：
I =
U
R
=
36V
60Ω
=0.6A
Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
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电热的利用
电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体。
电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
4. 电热的利用与防止
电热的防止
在后盖开有很多孔，为了通风散热。
电流通过导体时电能转化成内能的现象。
内容：电流通过导体产生的热量跟电流的
二次方成正比，跟导体的电阻成正比，
跟通电时间成正比。
公式: Q=I2Rt
推导公式：Q=t=UIt 适用于纯电阻电路。
纯电阻电路中Q=W，非纯电阻电路中Q＜W
应用：电热器。防止：散热器等
电流的
热效应
焦耳定律
电热的利
用和防止
焦耳定律
课堂总结
课堂反馈
“220V 100W”的电热杯和“110V 100W”的电风扇各自在额定电压下
正常工作相同的时间，有关它们消的电能和产生的热量以下说法正确的是
（　　）
A．电热杯和电风扇产生的热量一样多
B．电风扇消耗的电能少
C．电热杯和电风扇消耗的电能一样多
D．电热杯把电能的一小部分转化为内能
C
2.图示电路中，电源电压保持不变，R1、R2均为定值电阻，其中R1=10Ω。闭合开关S，电流表的示数为0.20A，通电10s整个电路共产生6J的热量，则电阻R2产生的热量为 J。
2

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