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(共44张PPT)
第十六章 电流做功与电功率
第四节 科学探究：电流的热效应
学习目标
1、知道什么是电流的热效应，知道电流的热效应与导体的电阻、通过导体的电流、通电时间的定量关系；
2、掌握焦耳定律；
3、知道生活、生产中电流热效应的应用实例和危害以及危害的防止手段。
生活中的物理
你知道小伟妈妈是根据什么判定的吗？
上周六，我们学校小伟同学的妈妈出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。妈妈回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。 可是 就发现，小伟刚看过电视。
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
用手一摸电视机后盖
好样的
思考
下列用电器工作时有什么共同点？
电热水器
电饭锅
电热毯
电熨斗
电烤箱
电烙铁
一、电流的热效应
1、概念
电流通过导体时电能转化成______，这种现象叫做电流的热效应。
内能
电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红而导线却几乎不发热？
想一想
实验探究：电流产生的热量与哪些因素有关
猜想与假设
烫手
跟电阻
有关
不烫手
干路
着火
跟电流有关
跟时间有关
用越久约烫手
一、电流的热效应
影响因素
（1）可能与电阻有关。电阻越大，电流热效应越大。
（2）可能与电流有关。电流越大，电流热效应越大。
（3）可能与通电时间有关。通电时间越长，电流热效应越大。
[猜想与假设]
控制电流I、时间t相同:研究电阻R变化→ 对电热Q的影响
控制电阻R、时间t相同:研究电流I变化→对电热Q的影响
控制电阻R、电流I相同:研究时间t变化→对电热Q的影响
控
制
变
量
法
探究实验用什么物理方法？
电流通过导体产热,其中所产生的热量既看不见也摸不着，如何测量呢？
既看不见也摸不着的科学量
既看得见也能测量的科学量
转化
转化
让电流产生的热量被煤油吸收，通过观察煤油的温度变化（观察温度计示数的变化）来测量。
转换法
甲容器中液柱面高于乙容器中液柱面。
当通电时间、电流相同时，电阻越大电流产生的热量越多。
电流大，液柱的液面高；电流小，液柱的液面低。
电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多。
电阻和通电电流相同时，通电时间越长产生的热量越多。
通电时间长液柱的液面升的高；通电时间短液柱的液面升的低。
[设计实验]
实验一
结论
在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量______。
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，产生的热量______。
越多
越多
结论2. 在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。
结论3. 在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。
结论1. 在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多。
实验结论
综上所述，通电导体产生的热量跟导体的电
阻、导体中的电流以及通电时间有关。
强化训练
(北部湾中考)如图所示是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置。通电前，A、B两个U型管内的液面相平，通电一定时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则（ ）
A. I1＝I2，A管中的液面较低；
B. I1＝I2，A管中的液面较高；
C. I1＞I2，A管中的液面较低；
D. I1＞I2，A管中的液面较高；
D
二、焦耳定律
发现
焦耳（James Prescott Joule，1818—1889），英国物理学家。用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。
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 = I R t
焦耳（J）
安培（A）
欧姆（Ω）
秒（s）
普遍适用
3、电能和电热关系
电暖器、电钣锅、电炉等电能全部转化为内能
电风扇、电动机、电动车等电能主要转化为机械能
1．纯电阻电路：
Q = W
适用欧姆定律及任何公式推导
2．非纯电阻电路：
　　W电 =W机+ Q热
不适用欧姆定律只能用原始公式
　　额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事
想想议议
公式辨析
电流相同，电阻越大，单位时间内产生的热量越多
Q = W = I2Rt

电压相同，电阻越小，单位时间内产生的热量越多
二者并不矛盾。我们在应用公式时应特别注意条件。
练一练
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：
通过电阻丝的电流为：
电流产生的热量为：
Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60J=6480J
U
I=
R
=
36V
60
= 0.6A
用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是（　 ）
A．2.5 min B．5 min C．20 min D．30 min
例题1
R与t成正比
U不变
Q不变
A
S变为2S
R变为
t变为
l变为
【例题2】：一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380伏，线圈的电阻为2欧,线圈中的电流为10安,若这台电动机正常工作1秒钟，
求：1 ）消耗的电能W。
2 ）产生的热量Q。
解：1 ） 消耗的电能 W＝UIt
＝380×10×1J
＝3800J
已知：电动机 U=380V I=10A R=2 Ω t=1s
求： （ 1）W （2）Q
2 ） 产生的热量Q＝I2Rt
＝10 ×10 ×2 ×1J
＝200J
某直流电动机线圈的电阻是1.5Ω，把它接在稳压电源上，闭合开关，电动机正常工作，通过线圈的电流是2A，在20s内电动机所做的机械功是1080 J。试求：
（1）这段时间内，电流通过线圈产生的热量是多少？
（2）这段时间内，电流通过电动机做的功是多少？电源电压是多少？
（3）如果在工作过程中，电动机因故障卡住无法转动，此时电动机中的电流是多少？
例题3
W=Q+W机=120J+1080J=1200 J
解：（1）
（2）
（3）
电动机
1.能量转化：
电能 = 机械能 + 内能
2.总功（电能）：
W总=UIt
3.有用功（机械能）：
W有=Gh
4.额外功（内能、热量）：
1.最先精确确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间关系的物理学家是（　　）
A.欧姆 B.焦耳 C.奥斯特 D.法拉第
B
目标测试
2. 【多选题】小辉想探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关。他连接了如图所示的电路进行实验，其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温均为25℃的煤油，阻值为5Ω和10Ω的电阻丝R1、R2。闭合开关一段时间后，记录此时两个温度计的示数。根据上述实验，下列说法中正确的是（　　）
A.此实验探究的是热量与电阻的关系
B.此实验探究的是热量与电流的关系
C.此实验探究的是热量与时间的关系
D.此实验中用温度计示数变化的大小反映产生热量的多少
AD
目标测试
3.计算电流通过电风扇产生的热量，下面公式选用正确的是（　　）
A. B. C. D.前面三个都可以
C
目标测试
问题1. 灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热却觉察不出来。这是为什么
灯泡的电阻比电线的大得多，产生的热量更多。
问题2. 假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将明显发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？
大功率用电器的电流过大，引起导线发热过多。
问题3.电路中负荷过大有什么危险？为什么？
电路中负荷过大时，使电路中电流增大，按Q=I2Rt计算，容易引起线路发热，甚至烧毁线路。
显然，我们希望热量更多地集中在电炉的发热体上，而不是与电炉相连的导线上。根据今天所学的焦耳定律Q=I2Rt ，你对发热体和导线的材料有何建议？
发热体：电阻率大、熔点高
导线：电阻率小、熔点高
请你当设计师：
电热驱蚊器
电饭煲
电熨斗
电取暖器
三、电热的利用和防止
1、电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡
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。
三、电热的利用和防止
1、电热的利用
三、电热的利用和防止
1、电热的利用
电热器是利用电热的设备，是利用电流的热效应来工作的。电热器的主要工作部分是发热体，发热体是由电阻大、熔点高的金属导体制作的。
2、电热的危害
短路引起的火灾，发动机、电脑等发热不仅浪费能量并且其产生的热量还需要冷却等。
3、电热的防止
设置散热孔、散热片或在发热体的部位安装电风扇等方法进行散热。
36
热效应概念
热效应影响因素
焦耳定律内容
焦耳定律公式
电热的利用和防止
1
2
3
4
5
37
课堂总结
1.电流的热效应是电流通过导体时_____转化成____的现象。电热器是利用电流的_______制成的加热设备。
电能
热
2.“ 在研究电流产生的热量跟电流的关系”的实验中，应保持 _____、_____一定，用滑动变阻器改变电阻丝的电流。
3.一根100Ω的电阻丝通过的电流是2A，它的电功率是___W，通电1min时产生的热量是_______J。
4.电阻R1、R2串联在电路中，R1=4Ω，R2=6Ω，则P1:P2=_____， Q1:Q2=______。
热效应
电阻
时间
400
24000
2:3
2:3
练 一 练
5、 现有甲乙两个电炉子，已知电炉电阻R1＞R2，分别接入电源电压220V的电路中，相同时间内，它们发热情况是（ ）
A 、甲放热多 B 、乙放热多
C 、同样多 D、无法判断
6、将一台“220V 100W”的电风扇，一个”220V 100W”的充电器，一把“220V 100W”的电烙铁分别接在220V的电源上，在相同时间内，电流通过他们时发热功率最大的是 （ ）
A 电烙铁 B 充电器 C 电风扇 D 一样多
B
A
7.假设所有导体都没有电阻，当用电器通电时，下列说法中正确的是 ( )
A、白炽灯仍能发光
B、电动机仍能工作
C、电饭锅仍能煮饭
D、电熨斗仍能熨烫衣服
B
8.当0.2安的电流通过一金属线时产生的热量为Q1，若使通过的电流增加到0.4安时，在相同的时间内产生的热量为Q2，那么Q2是Q1的　(　　　 )
A、2倍　 B、4倍　 C、0.25倍　 D、0.5倍
B
9.两根长度相同，粗细不等的镍铬合金电阻丝，串联以后接入电源两端，在相同的时间内电阻丝上的放热情况是（ ）
A、两根一样多　
B、粗的一根较多
C、细的一根多　　
D、缺少条件，无法判断
C
1.同为“220V　40W”的电灯、电扇、电烙铁都正常工作5min，它们产生的热量（　　）
A.电灯最多 B.电烙铁最多 C.电扇最多 D.一样多
B
2.要使电热器在单位时间内产生的热量减小到原来的一半，则应（　　）
A.电阻不变，使通过电热器的电流减小一半
B.电阻不变，使电热器两端的电压减小一半
C.电压不变，使电热器的电阻变为原来的2倍
D.电压不变，使电热器的电阻增大为原来的4倍
C
43
随堂演练
谢谢观看

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