资源简介

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第4节
焦耳定律
第十八章
电功率
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
课时讲解
1
课时流程
2
电流的热效应
焦耳定律
电热的利用和防止
知识点
电流的热效应
1
1.
电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能的现象。
2.
探究电热的影响因素
(1)实验方法
转换法、控制变量法。
(2)实验方案设计
实验一：如图1
甲所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与导体电阻的关系。
实验二：如图1
乙所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与电流的关系。
实验详解:
●转换法：通过U形管两边液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，从而反映电阻产生热量的多少。
●控制变量法：实验一是通过串联保证电流相同；实验二中，左边容器内电阻中电流是右边容器内电阻中电流的2倍，探究电热与电流的关系。
(3)实验结论
实验一结论——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。
实验二结论——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。
在两次实验过程中，随着加热时间的延长，U
形管两边液面的高度差增大，表明在电流大小、电阻大小相同时，通电时间越长，电阻产生的热量越多。
特别提醒:
实验中用电阻丝对空气加热可以缩短实验时间，并会使实验现象更加明显。实验中应使两容器密闭且封闭等量的空气，不能漏气。
例
1
[中考·广东]
用如图2
所示的装置做“探究电流相同时，
通过导体产生的热量与电阻
大小的关系”的实验。(甲、
乙是完全相同的密闭容器，
闭合开关前，A、B
两U
形
管内液面相平)
(1)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U
形管中液面的__________来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的探究方法是_________。
高度变化
转换法
(2)通过对比观察，_____
(填“甲”或“乙”)容器中导体产生的热量较多。由此可知，在电流和通电时间相同时，电阻越_____，导体产生的热量越多。
乙
大
解题秘方：对比图文信息，读题也能读出答案。
解析：通过情景观察可以发现，两电阻丝串联，即保证电流相等，探究电热与电阻的关系，再观察U
形管液面高度的变化情况，哪一侧液面高，哪一侧容器中电阻丝在相同时间产生的热量多。
技巧点拨：探究电热的影响因素，用到控制变量法和转换法。在探究电流产生的热量与电阻的关系时，要保证电流大小和通电时间相同。其中，保持电流大小相同的方法是将两个电阻串联。
1-1.
[中考·黄石]
如图3所示，两个密闭容器中接入电热丝R1、R2，右边容器上方接入电热丝R3，在通电时间相同的情况下，观察两个U
形管中液面高度的变化。
本实验是根据
_____(填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少，已知R1=10Ω，R3=6Ω，为了研究电流产生的热量与电流的关系，则R2=_____Ω。若将R3
和R2并联接入右边密闭容器中，则可研究电流产生的热量与_____的关系。
气体
10
电阻
知识点
焦耳定律
2
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.
焦耳定律公式及各物理量单位。
公式
Q=I2Rt
物理量及
单位
电流I
A
电阻R
Ω
通电时间t
s
热量Q
J
(1)公式的意义：公式反映的是电流通过导体时产生热效应的规律，定量地揭示了电能转化为内能的规律。
(2)适用范围：公式是由实验总结出来的，只要是电流所产生的热量，都可以利用这一公式进行计算。
3.
在纯电阻电路中，电热与电阻的关系
(1)在只有R1和R2的串联电路中，电热与电阻成正比，即Q1∶Q2=R1∶R2；
(2)在只有R1和R2的并联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成反比，即Q1∶
Q2=R2∶R1。
多用于定性比较两用电器相同时间产生的热量。
拓展延伸
电功(或消耗的电能)
与电热间的关系：
电功和电热的计算公式分别为W=UIt、Q=I2Rt，均适用于所有电路。
在纯电阻电路中，由于电能全部转化为电热，所以W=Q。
在非纯电阻电路中，电能只有一部分转化为电热，即W＞Q。
例2
[中考·新疆]
如图4
所示的电路中，R1
＝
2
Ω，R2=4
Ω，闭合开关S
后，电流表的示数为0.50
A。求：
(1)电路的总电阻；
解：由电路图可知，R1、R2
串联，电流表测电路中的电流，电压表测电源电压。
(1)电路的总电阻R
＝
R1+R2＝
2
Ω+4
Ω
＝
6
Ω。
解题秘方：本题用到串联电路电阻的规律、欧姆定律公式和焦耳定律公式。(1)串联电路的总电阻等于各分电阻之和，据此求出电路的总电阻。
(2)电压表的示数；
解：电压表的示数U
＝
IR
＝
0.5
A×6
Ω
＝
3
V。
解题秘方：运用欧姆定律公式变形得U=IR，可求出电压表示数。
(3)电阻R2
在1
min
内产生的热量。
解：t
＝
1
min
＝
60
s，电阻R2
在1
min
内产生的热量Q
＝
I2R2t
＝(0.5
A)2×4
Ω×60
s
＝
60
J
。
解题秘方：运用焦耳定律Q=I2Rt，可求出热量的多少。
2-1.某一阻值为R的电阻，通过的电流为I时，在t时间内产生的热量是Q。则当另一阻值为2R
的电阻，通过的电流是2I
时，在同样的t时间内产生的热量为(
)
A.2Q
B.4Q
C.8Q
D.16Q
C
一只电烙铁标有“220
V
40
W”，在额定电压下通电
10
min
产生的热量是_________
J。
例
3
2.4×104
解题秘方：紧扣电热器消耗的电能W与产生的热
量Q间的关系。
解析：t=10
min=10×60
s=600
s，通电10
min
产生的热量Q=W=Pt=40
W×600
s=2.4×104
J。
特别提醒：只有在纯电阻电路中，电热Q和电功W才相等。在电热的计算中，只要载体是电热器，如果已知电功率,
就可以利用推导式Q=W=Pt进行计算。
3-1.电热水壶上标有“220
V
800
W”，在额定电压下，电热水壶烧水210
s，
这段时间内电热水壶发热体产生的热量为_________J，若发热体产生的热量全部被水吸收，能将______kg
的水从20
℃升高至100
℃。[c水＝
4.2×103
J/(kg·℃)]
1.68×105
0.5
知识点
电热的利用和防止
3
1.
电热器的工作原理：电流的热效应。
2.
电热器的主要结构：发热体。
发热体是由导电性差、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。其中，绝缘体材料可将电阻丝与电热器的外壳隔开，防止触电和漏电。
3.
常见家用电热器：电饭煲、电烙铁、电烤箱等。
4.
电热器的优点
(1)清洁卫生，没有环境污染；
(2)效率高；
(3)可以方便地控制和调节温度。
5.
电热的危害
(1)由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器。
(2)造成电能输送过程中的电能损失。
6.
防止电热危害的方法
(1)安装散热风扇；(2)安装散热片；(3)安装散热窗。
延伸拓展：
●照明灯工作时的能量转化
白炽灯工作时，电能转化为内能，灯丝的温度升高，达到发光的程度，因此，电能转化为内能和光能。LED灯的原理与其不同，LED灯是利用半导体材料的特性，让电能直接转化为光能，不用先转化为内能。
●白炽灯工作时电能转化为光能的大致比例
白炽灯将电能转化为光能的大致比例为10%，一般节能灯的发光效率为30%，所以使用节能灯可大大节约电能。
下列情况中不属于防止电热危害的是(
)
A.
电视机的后盖有许多孔
B.
电脑机箱内有小风扇
C.
电动机外壳有许多散热片
D.
家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
D
例4
解题秘方：结合各种用电器具体作用来分析。
解析：电视机上的散热孔，电脑机箱内的小风扇，电动机外壳上的散热片，都可以加速散热，从而防止电热的危害。家电长时间停用，隔一段时间通电一次，是利用电热驱潮，避免家用电器因受潮而损坏。
技巧点拨：熟悉各种常见用电器的作用，依据使用目的分析用电器工作时的能量转化，进而判断该用电器是利用电热还是防止电热可能带来的危害。
4-1.
小华家里有1
000
W的电饭煲、500
W
的电熨斗、1
000
W
的电吹风各一个，使用时它们之间是
　　________联的。若各自正常工作相同时间，则________产生的热量最多。
并
电饭煲
焦耳定律
焦耳定律
电热
利用与防止
影响因素
焦耳定律
1.实验探究：(1)方法：控制变量法、转换法等。
(2)技巧：在探究电流产生热量的多少是否与导体的电阻
有关时，要保证电流相等，探究中采取串联的方法来
保证电流相等。
2.焦耳定律：(1)公式：Q＝
I2Rt。
(2)公式适用范围：适用于电流通过所有导体所产生热量
的计算。对于电动机，消耗的电能只有很小的一部分
转化为热量，这时电流通过电动机线圈发热仍然可以
用该公式计算。只是这时的发热为电能的损耗。
焦耳定律
1.电流的热效应：
电流通过导体时电能转化为热能的现象。
2.电热器：利用电流的热效应工作的用电器。
必做:
请完成教材课后习题
补充:
请完成对应习题
课后作业
作业1
作业2

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