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第十八章 电功率
18.4 焦耳定律
创设情境
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。请举例说明。
　　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。
一、电流的热效应
　　电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热
　　
想一想
1、提出问题:
电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关
2、猜测假设
跟电阻有关
跟时间有关
跟电流有关
实验目的：研究电流通过导体产生的热量Q 跟电流大小I，电阻R和通电时间t的关系。
设计实验：
（1）如何在实验中展示出电流产生的热量Q的多少？
（2）如何控制电流大小I相同？
（3）如何控制电阻R的大小不变？
（4）通电时间t比较好控制。
探究实验：探究电流的热效应跟哪些因素有关 ？
3、制定计划
实验装置
4、进行试验
实验方法
控制变量法
既看不见也摸不着的科学量
既看得见也能测量的科学量
让电流产生的热量被气体吸收，使气体受热膨胀，通过观察气体的热膨胀（观察U形管中液面高度的变化）来测量。
转化法
转化
转化
注意：实验中应使两容器密闭且封闭等量的空气，不能漏气。
U型管中液面高度的变化，反应了密闭空气温度的变化，液面高度变化越大，说明空气的温度变化越大，即电流产生的热量越多
实验1：研究电热与电阻关系
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
如下图所示，将两个阻值不同的电阻串联，以保证电流和通电时间一定，观察两液柱高度的变化。
实验步骤
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2：研究电热与电流关系
如下图所示，将三个阻值相同的电阻混联，以保证电阻和通电时间一定，观察两液柱高度的变化。
结论：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。
I = 2I1
I
I1
R＝5 Ω
A
R＝5 Ω
R＝5 Ω
结论：在电流、电阻相同时，通电时间越长的产生的热量越多。
实验3：研究电热与通电时间的关系
（1）在通电电流和通电时间相同时，电阻越大，
电流产生的热量越多.
（2）在通电电流和电阻相同时，通电时间越长，
电流产生的热量越多.
（3）在电阻和通电时间相同时，电流越大，电
流产生的热量越多.
实验结论
进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成
正比.
　　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。
焦 耳
　　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 = I2Rt
　　3．单位：焦耳（J）
二、焦耳定律
I—安，R —欧，t —秒，Q —焦.
注意：热量跟电流的平方（I2）成正比，
　　（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
　　Q = W = UIt = I2Rt
　如：电暖器，电饭锅，电炉子等——纯电阻电路
　　（2）当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，还有一小部分转化成内能——非纯电阻电路
　　W＞Q热
4.电热和电能的关系：
纯电阻电路：
W＝Q＝Pt＝UIt＝U2/R t＝I2Rt
非纯电阻电路：
W＞Q （W=UIt =W其他＋Q）
焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用
Q ＝W ＝ UIt ＝ Pt ＝ U2 t/R 来计算热量.
注意：
1．电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡
用来加热
三、电热的利用和防止
（1）电热器:
利用电流做功将 能转换为 能的装置。
（2）电热器的原理:
利用电流的 制成的加热设备。电热器
主要组成部分是 。它是由电阻率 。
熔点 的合金丝制成的加热设备。
电
内
热效应
发热体
大
高
1．电热的利用
2．电热的危害
　　很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。
无用的电流热效应，应尽量减少
(1)导线上的热损耗应尽量减少。
(2)家用导线一般用电阻率很小的铜或者铝导线
电路板中，用铜箔或者银箔做导线，减小电阻。
(3)高压导线又都是采用升高电压减少电流的方法来减少热损耗。
(3)有些电器加装风扇或者散热片、散热孔。
3、电热的预防
Q = I2Rt
=(0.6 A)2×60 W×300 s
= 6 480 J
1、一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量
解:
I =　 =　　　= 0.6 A
U
R
36 V
60 Ω
课堂练习
2. 如图所示是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，电路正确连接后，通电进行实验过程中，下列说法中正确的是（　　）
A．左边容器中电阻丝中的电流比右边容器
中电阻丝中的电流大
B．左边容器中电阻丝的电压比右边容器中
电阻丝两端的电压高
C．U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
C
3.将规格都是“220V 100W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列有关说法中，错误的是（ ）
A．三个电器消耗的电能一样多
B．电流通过三个电器做功一样多
C．三个电器产生的热量一样多
D．电烙铁产生的热量最多
C
4.1911年，荷兰物理学家昂内斯发现，当水银的温度下降到负269℃ 时，其电阻就会完全消失，这种现象叫做“超导现象”，人们把具有这种现象的物体叫做超导体。在超导状态下，导体的电阻R= Ω，利用超导材料可以制成 。（选填“输电线”或“电阻丝”）
【答案】0 ； 输电线
5.如图所示的电路中，电源电压保持6V不变，电阻R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关S，则R1消耗的电功率为 W；若通电30s，电阻R2产生的热量为 J。
【答案】0.4 24
7、电视机后盖开有很多小孔主要是为了（ ）
A. 美观 B. 减轻质量
C. 散热 D. 节约材料
6、下面几个用电器属于利用电流热效应工作的是 （ ）
A. 电冰箱 B. 洗衣机
C. 电视机 D. 电饭锅
D
C
8、把两个阻值为R1＝6Ω，R2＝9Ω 的电阻串联在电路中，通电相同时间时，R1，R2上产生的热量之比Q1∶Q2＝ ，若并联在电路中，通电相同时间，R1，R2上产生的热量之比Q1∶Q2＝ ，
2:3
3:2
9、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

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