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第三节：焦耳定律
第十七章 电流做功与电功率
沪科版2024
核心素养
焦耳定律：核心素养
物理观念
认识电流的热效应，了解焦耳定律；
能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象，分析解决简单的实际问题。
科学思维
结合电功的表达式和欧姆定律推导焦耳定律的表达式，培养演绎推理能力。
科学探究
经历研究电热与电阻、电流关系的过程，体会实验中控制变量的方法，发展观察、分析、处理信息、得出结论的能力。
科学态度与责任
通过学习电热的利用和防止，感悟辩证看待问题的方法，体会物理学对社会发展的推动作用。
电炉工作时，电炉丝是通过导线接到电路中，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
想一想：
教室里的电子白板连续使用几小时时，人经过电子白板时感到电子白板在发热，说明什么？
电流通过导体时，导体会出现发热现象，那么导体的发热是一种什么现象？发热的多少与什么有关？怎么验证我们的猜想？
情景导入
电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
电流的三大效应
电流的三大效应
热效应：电暖
磁效应：电磁起重机
化学效应：电解水
（1）寻找以下用电器的共同特点
电烤箱、电热毯、电熨斗、电饭煲、暖风机、电烙铁等有什么共同点？
电烤箱
电饭煲
电热毯
电暖风机
电熨斗
电烙铁
分析：用电器工作时都要消耗 能，工作时都会发热，在这个过程中，
能转化为 能。
（2）电流的热效应
电流通过导体时 能转化成 能，这种现象叫做电流的热效应。
电
内
电
内
电
1.电流的热效应
电流的热效应
2. 探究影响电流的热效应的因素
【提出问题】电流通过导体时产生 热的多少跟什么因素有关
【猜想及其依据】
（2）可能与导体的电阻有关。
因为导体在有电流通过时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；
（1）可能与通过导体的电流有关。
（3）可能与通电时间有关。
导线和电熨斗串联接入电路中，通过的电流是相同的，电熨斗很热、温度高，而导线几乎不热，因此电流产生的热可能与电阻有关。
由生活经验可知，用电器通电的时间越长，电流产生的热量也会越多。
演示实验：
电流的热效应
【设计实验 】
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）
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。
（2）实验原理
如图所示，两个完全相同的透明容器中密封着空气，U形管中液面的高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。
电流的热效应
对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。
图甲和图乙分别是实验电路图和实物图。根据电路图连接好实物图，检查无误后接通电源，按下计时器并记录温度计的示数，保持电流的大小不变，每隔一定时间记录一次温度计的示数，填写到教材130页的表格中。
甲
乙
电流的热效应
对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油的温度越高，表明电流越大，电流产生的热量越多。
取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，按图甲连接电路。闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与前次相同，记录温度计的示数，填写到教材131页的表格中。
甲
乙
电流的热效应
在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越高，表明电阻越大，电流产生的热量越多。
选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同（记为t0）、等质量（记为m0）煤油的玻璃瓶，按图甲所示的电路图将实验器材连接起来，实物图如图乙所示。检查无误后接通电源，通电一段时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度，填写到教材131页的表格中。
电流的热效应
1. 焦耳定律
英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。
（1）内容：
电流通过导体产生的热量跟 的平方成正比，跟导体的 成正比，跟 成正比。
（2）公式：
Q = I2Rt
电流
电阻
通电时间
（3）公式中Q = I2Rt 各量单位：
I 表示电流，单位是安培（A）
R 表示电阻，单位是欧姆（Ω）
焦耳定律
t 表示时间，单位是秒（s）
Q表示热量，单位是焦耳（J）
1焦耳=1安2×1欧×1秒
（4）物理学家——焦耳
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。
主要成就
焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。
他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。即焦耳定律。
焦耳定律
电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，
。
再根据欧姆定律得出 ，就得到 。
即Q =W=UIt
U=IR
Q =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。
想想议议：课前的问题：
电炉工作时，电炉丝是通过导线接到电路中，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
2. 推导焦耳定律
焦耳定律
　 2．当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：
　W > Q热 Q=I2Rt
　　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，即
　　
如：电暖器，电饭锅，电熨斗，电烙铁等。
焦耳定律
电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
电功 电功率 焦耳定律 适用条件
基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用
（所有电路）
推导公式 纯电阻电路
Q=W
焦耳定律
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。
利用与防止
电热的防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。
导线绝缘皮老化引起火灾
烧坏电器
电热的防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。
例1、一电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加电压为3V时，电流为0.8A，电动机正常工作。求电动机正常工作1 min内电流通过电动机时产生热量。
解析：电动机工作时消耗的电能一部分转化为机械能，另一部分使线圈发热转化为内能。解一算出的是电动机消耗的电能，解二算出的是电流通过电动机时产生热量，所以解二对。
解一：Q=UIt=3V×0.8A×60s=144J
解二：Q=I2Rt=(0.8A)2×1Ω×60s=38.4J
消耗的电能
产生的热量
随堂练习
R=
I=
例2、标有“220V 880 W”电热水器，在正常工作时，通过它的电流是多少？电阻是多少 通电100s产生的热是多少？
Q=I2Rt=(4A)2×55Ω×100s=8.8×104J
或者：Q=W=Pt=880W×100s=8.8×104J
解：
解：
（1）
（2）
（3）
随堂练习
答：电炉通过导线接到电路中，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等，但电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，电流相等时，电阻大的，相同时间里放出的热较多，所以电炉丝很热，而导线却不热。
例3、导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？
随堂练习
课堂总结
焦耳定律
电流的热效应
①电流通过导体时电能转化成内能的现象。
②电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间有关。
焦耳定律
①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。
②公式: Q=Rt
I 为电流，单位 A；R 为电阻，单位Ω；
t 为时间，单位 s； Q 为热量，单位 J.
③推导公式：Q=/Rt=UIt 适用于纯电阻电路。
④电功与电热：纯电阻电路Q=W；非纯电阻电路Q < W
电流的利用和防止
应用：电热器。
防止：散热器等。
下 课
Thanks!
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