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第3章 能量的转化与守恒
第6节 电能
第4课时 常用电热器
一、电流的热效应
1.电流的热效应
在生活中，常常需要用电产生热来为我们服务，你知道哪些用电器是利用电热来工作的？
电取暖器
电热水器
电饭煲
使用这些用电器时，电能会转化为内能。
电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
电热器
（1）概念：
电能转化为内能的过程
各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的。
（2）实质：
（3）应用：
思考与讨论
（1）电流的热效应有什么利和弊？
优点：无污染、热效率高、方便控制和调节温度。
缺点：①长期的电流热效应会加速家用电器导线外的绝缘层老化，甚至会使绝缘层烧毁而引发火灾；
②电流热效应会影响家用电器的使用性能和寿命。
2.电热的利与弊
（2）为了防止电热的危害可以采取哪些措施？
思考与讨论
防止措施：加装散热系统(如散热扇)或为了更好地散热而特别设计某些结构(如散热孔)。
二、电热的影响因素
给电炉通电一段时间后，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。
电流通过导体时产生热的多少可能跟哪些因素有关
思考：
导体的电阻
导体中的电流
通电时间
可能影响电热的因素——
猜想：
实验中如何巧妙地反映出电流通过导体产生热量的多少？
思考与讨论
（1）用水吸收产生的电热，测量水升高的温度。
（2）根据热胀冷缩原理，比较液体吸热后膨胀的体积。
实验方法——
控制变量法、转换法
（3）密闭容器里的气体吸收热量后温度升高，压强增大，比较气体吸热前后的压强变化。
实验装置
相同的容器内密闭质量和初温都相同的空气，实验开始前玻璃管中的液面相平。
控制电流大小和通电时间相同，电阻不同；观察玻璃管中液面的高度。
实验1：研究电热与电阻关系
在电流和通电时间相同的情况下，导体电阻越大，导体产生的热量越多。
现象：
结论：
实验2：研究电热与电流关系
控制电阻和通电时间相同，电流大小不同；观察玻璃管中液面的高度。
在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多。
现象：
结论：
电热与通电时间的关系
实验1和实验2中，随着通电时间的增加，与同一容器相连的玻璃管内的液面逐渐上升，说明在电流大小和电阻相同时，通电时间越长，导体产生的热量越多。
导体产生的热量的多少与电阻、电流大小和通电时间有关。
电阻越大，电流越大，通电时间越长，导体产生的热量就越多。
实验结论：
给电炉通电一段时间后，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。
电炉丝与导线串联，通过它们的电流I相等，通电时间t相等，由于R电炉丝＞R导线，电炉丝产生的热量比导线产生的热量多。
三、焦耳定律
1.焦耳定律的内容
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。
这个规律叫做焦耳定律，它是由英国科学家焦耳最先发现的。
焦耳（1818—1889年）是英国科学家。他用近 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
2.焦耳定律的公式
Q=I2Rt
单位：Q—焦，I—安，R—欧，t—秒
1 J=1 A2 Ω s。
（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。　　
3.电能和电热的关系
纯电阻用电器计算电热：
（2）对于非纯电阻用电器，消耗的电能只有一部分转化为内能，所以 Q ＜W 。如电流通过电动机做功时，大部分电能转化为机械能，仅有少量电能转化为内能，计算电热必须使用焦耳定律公式 Q =I2Rt ；计算电功必须使用公式 W =Pt=UIt ；转化的机械能 E=W -Q。
非纯电阻用电器计算电热：
Q =I2Rt
非纯电阻用电器计算电能：
W =Pt=UIt
4.焦耳定律的应用
例 1：一根阻值为60Ω的电阻丝接在电压为36V的电源两端，该电阻丝在5min内共产生多少热量
Q = I2Rt =(0.6A)2×60Ω×5×60s =6480J
解:
电路中的电流：
I =　 =　　　= 0.6A
U
R
36 V
60 Ω
该电阻丝在5min内产生的热量：
例 2：小明的妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆，内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为220V，额定功率为605W，已知c水=4.2×103J/(kg·℃)。
(1)小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入6 kg初温为20℃的水，加热系统的加热电阻正常工作15min将水加热到40℃，水吸收的热量是多少 消耗的电能是多少？
(2)当小明家的实际电压是200V时，加热电阻工作的实际功率是多少？
解： (1)水吸收的热量
Q吸＝c水m(t－t0)
＝4.2×103J/(kg·℃)×6kg×(40℃-20℃)
＝5.04×105J
加热时间 t′＝15min＝900s，
足浴盆加热时消耗的电能
W＝P额t′＝605W×900 s ＝5.445×105J。
(2)由 得，
加热电阻的阻值
当小明家的实际电压是200V时，
加热电阻工作的实际功率
一、电流的热效应
1.电流的热效应
概念、实质和应用
2.电热的利与弊
二、电热的影响因素
电阻越大，电流越大，通电时间越长，导体产生的电热就越多。
三、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=I2Rt
3.电能与电热的关系
（1）纯电阻用电器
（2）非纯电阻用电器 Q ＜W， W =Pt=UIt ， Q=I2Rt
4.焦耳定律的应用
1.下列用电器工作时主要将电能转化为内能的是 （ ）
A.收音机
B.电熨斗
C.电风扇
D.洗衣机
B
2.电流通过电热丝产生的热量多少（ ）
A.只跟电流大小有关
B.只跟电阻大小有关
C.只跟通电时间有关
D.跟电流、电阻、通电时间都有关
D
3.某同学为探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系，设计了下列电路图，其中正确的是（ ）
B
4.甲、乙两电炉并联在同一电源上，各有开关控制，甲炉电阻是乙炉的4倍，要两电炉产生同样多的热量，则应（ ）
A.甲通电时间是乙的4倍
B.乙通电时间是甲的4倍
C.甲、乙通电时间一样长
D.不知道额定电压无法比较
A
5.通过一根电阻丝的电流为2A，通电1min产生了2.64×104J的热量，它的电阻是（ ）
A.66Ω
B.6600Ω
C.110Ω
D.220Ω
C

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