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15.4 焦耳定律
第十五章 电能与电功率
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
课时讲解
1
课时流程
2
影响通电导体产生热量的因素
焦耳定律
电流热效应的应用与控制
知识点
影响通电导体产生热量的因素
知1－讲
1
实验探究 通电导体放出的热量与哪些因素有关。
猜想与假设 结合生活经验，通电导体产生的热量可能与通电时间、电流、电阻有关。
实验方法
(1)通电导体产生的热量可能与多个因素有关，需利用控制变量法设计实验。
知1－讲
(2)如图1所示，把导体放出的热量转换为煤油吸收的热量来表示。而煤油吸热升温，所以可通过温
度计升高的示数来显示导体产生热量的多
少，温度计升高的示数越多，说明产生的
热量越多。
知1－讲
方法点拨
在锥形瓶中放入等量的煤油，在该实验中的设计意图
(1)在不计热量损失的情况下，电流通过电阻丝产生的热量全部被煤油吸收，由Q＝cmΔt可知，在c、m一定的情况下，可以通过Δt(温度计的示数变化)来间接反映电流产生热量的多少。
(2)采用煤油而不是水是因为煤油的比热容较小，在吸收相同热量时，煤油的温度变化大，易于观察。
知1－讲
实验一：探究通电导体产生的热量跟电阻的关系。
1. 实验设计：要探究通电导体产生的热量与电阻是否有关，应控制通电时间、电流不变，改变电阻。根据串联电路的特点，可选取两根阻值不同的电阻丝串联接入电路，以保证电流和通电时间
相同，所以实验装置
图和电路图如图2
所示。
知1－讲
2. 进行实验
(1)按照设计好的电路图连接电路。
(2)闭合开关，保持电路中的电流大小不变，每隔 1 min记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
时间/min 0 1 2 3 4 5
温度/℃ R1＝5 Ω 10 12 14 16 18 20
R2＝10 Ω 10 14 18 22 26 30
知1－讲
3. 分析与论证
分析表中实验数据得到：当电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，导体产生的热量越多。
知1－讲
思想方法
转换法：电流通过导体产生热量的多少不容易通过工具直接测量，需要将其转换为容易观察的现象或容易测量的物理量。如图4所示，根据“气体热胀冷缩”的原理，可以通过液柱的高度差或气球的膨胀程度来显示电流产生热量的多少。
知1－讲
实验二：探究通电导体产生的热量与通电导体的电流的关系。
1. 实验设计：要探究导体产生的热量与电流是否有关，应控制通电时间、电阻不变，改变电流的大小。实验装置图和电路图如图3所示。
知1－讲
2. 进行实验
(1)按照设计好的电路图连接电路。
(2)闭合开关，调节滑动变阻器，保持电路中的电流大小为0.2 A 不变，每隔1 min 记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
知1－讲
(3)取质量、初温都与上述实验相同的煤油，按设计好的电路图连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器，保持电路中的电流大小为0.4 A 不变，每隔1 min记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
时间/min 0 1 2 3 4 5
温度/℃ 电流I1＝0.2 A 10 12 14 16 18 20
电流I2＝0.4 A 10 18 26 34 42 50
知1－讲
3. 分析与论证
分析表中实验数据得到：当电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多。
从实验一和二中可以看出：当电阻和电流一定时，通电时间越长，产生的热量越多。
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。
知1－练
例 1
如图5是探究影响通电导体产生热量的因素的实验装置。在两个相同的烧瓶中装入质量、初温相同的煤油，插入两支相同的温度计，
瓶中电阻丝为定值电阻，
其关系为R甲＞ R乙。
知1－练
解题秘方：探究电热影响因素时，运用串联电路的电流相等来控制电流和通电时间相同。通过相同的烧瓶装相同的液体来比较产生电热的多少。
知1－练
(1)实验中，通过观察__________________来判断电流通过导体产生热量的多少。
解析：根据转换法可知，实验中，我们通过温度计升高的示数反映导体产生热量的多少。
温度计升高的示数
知1－练
(2)闭合开关一段时间，观察到甲瓶中煤油的温度高于乙瓶中煤油的温度。这表明在________________相同时，_______越大，导体产生的热量越多。
解析：两个电阻丝串联，通电时间和电流相同，电阻丝的阻值不同，闭合开关一段时间，电阻丝R甲的阻值大，甲瓶中煤油的温度高于乙瓶中煤油的温度，这说明甲瓶中导体产生的热量多，故结论为在电流和通电时间相同时，电阻越大，导体产生的热量越多。
电流和通电时间
电阻
知1－练
(3)实验探究过程中用到的物理研究方法是______法和_________法。
解析：实验中采用的方法是转换法和控制变量法。
转换
控制变量
知1－练
1. [中考·沈阳] 如图是探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，透明容器A和B中密封着等质量的空气，U形管中液面相平。
知1－练
(1)将两容器中的电阻丝R1和R2串联起来接到电源两端，通电一段时间后，观察比较两个装置中U形管液面高度差的大小关系，来探究电流通过导体产生的热量与___________的关系。
电阻大小
知1－练
(2)实验中如果单独观察R1或R2所在装置，会发现随着通电时间的增加，U形管中液面的高度差增大，这表明在电阻和电流不变时，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越______。
多
知2－讲
知识点
焦耳定律
2
1. 内容 电流通过导体时产生的热量，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
(1)基本公式：Q＝I2Rt。
(2)推导公式：Q＝t＝UIt＝Pt＝W。
3. 单位 热量的单位和电功的单位相同，也是焦耳。
焦耳定律公式 Q＝I2Rt结合欧姆定律公式I＝推导出来的。
知2－讲
4. 电热计算的要点
(1)焦耳定律公式Q＝I2Rt普遍适用；推导公式Q＝t＝UIt＝Pt＝W，只适用于电能全部转化为内能的电路(俗称纯电阻电路)。
(2)用焦耳定律公式及其推导公式计算时，电压的单位是 V、电流的单位是 A、电阻的单位是 Ω、时间的单位是 s，计算结果热量的单位才是 J。
知2－讲
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。
知2－练
[中考·安徽]在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5条阻值均为12 Ω的电阻丝并联而成，简化结构如图6所示。该装置与12 V 的汽车电池接通工作1 min，产生的总热量为
______J。
例 2
3 600
知2－练
解题秘方：解答本题用到并联电路电阻的规律、欧姆定律公式和焦耳定律公式。
解析：根据并联电路的电阻特点可知，5条阻值为12 Ω的电阻丝并联的总电阻 R并＝＝2.4 Ω，I＝＝＝ 5 A，电加热除雾装置1min产生的总热量Q＝I2R并t＝(5 A)2
×2.4 Ω×1×60 s ＝3 600J。
知2－练
2. [中考·金昌] 如图所示，电源电压为 9 V且保持不变。闭合开关后，电流表A1的示数为0.4 A，电阻R2＝15 Ω。求：
(1)电流表A2的示数。
(2)1分钟内电阻R2上产生的热量。
知2－练
知2－练
知3－讲
知识点
电流热效应的应用与控制
3
1. 电流的热效应
(1)定义：电流通过导体时，电能转化成内能，导致导体发热的现象，叫做电流的热效应。
(2)实质：电流通过导体发热的过程就是电流做功的过程，即电能转化为内能的过程。
知3－讲
2. 电热器 主要利用电流的热效应工作的装置称为电热器。
3. 电热的应用 电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，日常生活中电热器就是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电烤箱、电热毯等。
4. 电热的控制 电热会使用电器温度过高，影响用电器的工作、使用寿命，甚至损坏用电器，这就需要散热。因此很多用电器上采用装有散热孔、散热风扇等方法散热。
知3－讲
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。
知3－练
下列现象或装置，利用了电流热效应的是( )
①电视机后盖有许多小孔；②电动机外壳上装散热片；③长期不用的电视机隔一段时间通电一次去潮湿；④白炽灯；⑤电脑机箱里装有小风扇；⑥电暖手宝。
A. ①②⑥ B. ①②⑤ C. ③④⑥ D. ②③⑥
例 3
知3－练
解析：电视机后盖有许多小孔、电动机外壳上装有散热片、电脑机箱里装有小风扇都是为了散热，故①②⑤不符合题意；长期不用的电视机，隔一段时间通电一次，利用电热给电视机驱潮，故③符合题意；白炽灯通电后发热发光，是利用电流的热效应工作的，故④符合题意；电暖手宝通电后将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故⑥符合题意。
答案：C
知3－练
3. [中考·福建] 下列利用电流热效应工作的用电器是(　　)
A. 电视机 B. 电风扇
C. 电脑 D. 电炉
D
焦耳定律
电热
焦耳定律
应用与控制
影响因素

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