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第十八章 电功率
第4节
焦耳定律
观察与思考
思考：小明同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。但是很快爸爸就发现了小明在说谎，请问爸爸是怎么样发现的呢？
爸爸用手摸一了下电视机后盖，发现电视机发热了。
你有类似的经历吗？这个故事对你有什么启示？
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
一、电流的热效应
1.电流的热效应的定义
电流通过导体时，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
你知道有哪些利用电流的热效应工作的用电器？
电熨斗
电炉
电饭煲
吹风机
取暖器
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？电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？
2.探究电热的影响因素
提出问题
猜想与假设
电炉丝的材料是镍铬合金丝，导线材料是铜。
与导体电阻大小有关
电炉丝通电的时间越长产生的热量越多。
与通电时间有关
在电路中大功率的电炉产生的热量更多，通过大功率电炉电流大。
与通过导体的电流有关
猜想：与电阻、电流、时间有关
设计实验
1．当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？
控制变量法
2．用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？
转换法
电热多少的体现：
液体吸热，观察升高的温度；
气体(或液体)受热膨胀，观察膨胀的多少
实验装置
当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面液柱的高度就会发生变化。电流产生的热量越多，液面高度就相差越大。实验中通过观察
来比较电流产生热量的多少。
实验原理
管中的液面高度变化
实验1：探究电热与电阻的关系
控制不变的量：I 相同，t 相同
结论：I 和 t 相同时，R 越大，电阻产生的热量越多。
现象：右边的液面差大
5 Ω
5 Ω
5 Ω
（点击观看）
实验2：探究电热与电流的关系
控制不变的量：R 相同，t 相同
结论：R 和 t 相同时，I 越大，电阻产生的热量越多。
现象：右边的液面差大
5 Ω
5 Ω
5 Ω
（点击观看）
实验3：探究电热与时间的关系
5 Ω
控制不变的量：R 相同，I 相同
结论：R 和 I 相同时，t 越长，电阻产生的热量越多。
现象：液面差越来越大
（点击观看）
[中考·黄石] 如图所示，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
例题
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。
二、焦耳定律
1.物理学史（焦耳）
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.内容
3.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
电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量（纯电阻电路），那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。即：Q= W = UIt = I2Rt。
4.理论推导
导线与电热丝串联，电流、时间都相同，导线电阻远小于电炉丝电阻， 由Q= I2Rt可知，导线产生的热量少。
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？
问题回顾
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
I =
U
R
解：
=
36V
60Ω
= 0.6A
Q = I2Rt
= (0.6A)2×60W×300s
= 6480J
已知电阻R、电压U、时间t，求产生的热量Q；求热量则利用公式Q = I2Rt ，而I未知，则先利用I = 求I
U
R
例题
想想议议:
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。二者似乎矛盾，这是怎么回事
前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
小明在一次野炊活动中，将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸（可看做导体）接在干电池正负两极上，如图所示，锡箔纸较窄处最先燃烧。这是因为较窄处 （ 　）
A．电阻较大
B．电流较大
C．电压较小
D．电功率较小
A
例题
导体越细，电阻越大
串联电路中各处电流相等
较窄处电阻大，电压较大
较窄处电压大，电功率较大
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
电流通过导体时，使导体只发热的用电器称为电热器，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。
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。
电脑的微型风扇
电视机的后盖
2.电热的防止
电热的危害
将用电器烧坏
使绝缘材料老化
电能：
W = UIt
热量：
Q = I Rt
纯电阻电路：
　U = IR
消耗的电能全部转化为内能
I =
U
R
W = UIt = IR·It = I Rt = Q
=
U2
R
不同电路中电能和电功的关系：
电能 W
内能Q
机械能E
电阻
扇叶转动
电能：
W = UIt
热量：
Q = I Rt
非纯电阻电路：
　W ≠ Q
I ≠
U
R
W = Q + E
UIt = I Rt + E
注意：对于非电热器只能用Q = I Rt 计算电热
某电动机上标有“220 V，2 A”它的线圈电阻为5 ，当它正常工作 1 分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？
解：消耗的电能：W总=UIt=220 V×2 A×60 s=26400 J
线圈中产生的热量：Q=I2Rt=(2 A)2×5 ×60 s=1200 J
得到的机械能：W机=W总-Q=26400 J-1200 J=25200 J
例题
焦耳定律
电流的热效应
电热的影响因素：I、R、t
焦耳定律
电热的利用和防止
表述：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
公式: Q = I2Rt
定义
2．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
1．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．UIt B． C．I2Rt D．前面三个都可以
C
B
3．用如图所示的装置探究“影响电流热效应的因素”。电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1A．该装置可以用来探究电流热效应与电流大小的关系
B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升得较快
C．实验中，通过温度计示数的变化来
比较电阻丝产生热量的多少
D．将某一烧瓶中的煤油换成等质量的
水，可比较煤油和水的比热容大小
C
4．某校师生自制了一台电烘箱。电烘箱的电阻丝通过5 A 的电流时，每分钟可产生6.6×104J的热量。求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。
解：
P = = = = 1.1×103J
W
t
Q
t
6.6×104J
60s
R= = = 44 Ω
P
I2
1.1×103J
(5A)2
5．用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。
（1）烧瓶中装入的煤油是________（填“导体”或“绝缘体”）
（2）请根据实物电路，在虚线框图内画出对应的电路图。
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应______，通过R1的电流_________通过R2的电流。
R2
R1
绝缘体
相等
小于
（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明__________________________________________________。
（5）小红用如左下图示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，右下图中能正确反映h –I 关系的是_________。
电阻和通电时间不变，电流越大产生的热量越多
A

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