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第三节 焦耳定律
第十七章 电流做功与电功率
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——女儿偷看电视爸爸是如何发现的
周末，爸爸出门前嘱咐女儿好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看到女儿在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。可是 _____________________后立刻就发现，女儿刚看过电视。
用手一摸电视机后盖
观察思考
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
谁知道他爸爸是根据什么道理判定的吗？
这些常见家用电器的共同特点？
电烤箱
电烙铁
电热水壶
一、电流的热效应
观察思考
电流的热效应
电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。
说明
（1）利用电流的热效应工作的电器叫做电热器。
（2）电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。
电油炸锅
电饭煲
电熨斗
生活中利用电流热效应的用电器
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
提出问题
做中学
电流产生的热量与哪些因素有关
（2）同一电热器，通电时间越长，发热越多。
（3）电热丝热的发红，而导线却几乎不发热。
（1）电热器通电发热，不通电不发热。
结合生活经验，猜想电流产生热量的影响因素。
可能与电流有关，I 越大，Q越大
可能与时间有关，t 越大，Q越大
可能与电阻有关，R越大，Q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？
思考
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
转换
转换
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。
思考
实验结论：在电流、电阻相同时，通电时间长的产生的热量多。
探究一：电流产生的热量与通电时间是否有关
实验结论：在通电时间、电阻相同时，电流越大的产生的热量多。
探究二：电流产生的热量与电流大小是否有关
实验结论：在电流、通电时间相同时，阻值大的电阻产生的热量多。
探究三：电流产生的热量与电阻大小是否有关
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——探究：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
（1）当电流和电阻一定时，通电时间越长，产生的热量越多。
（2）当电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多。
（3）当电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多。
归纳小结
本实验中为什么选用煤油而不用水？
因为煤油的比热容小，在相同情况下，煤油的温度变化大，便于观察。
思考
下列家用电器中，利用电流热效应工作的是(　　)
A．电脑 B．电风扇 C．电熨斗 D．洗衣机
C
练一练
为了探究影响电流产生热量的因素,实验室准备了两个相同的烧瓶(内装质量相等的煤油),两支带有橡皮塞的粗细均匀的相同温度计,四根不同阻值(R1>R2、R3=R4)的电阻丝,以及相同的滑动变阻器、开关、导线、电源等。两个实验小组根据提供的实验器材,分别设计了如图所示的两个方案。
练一练
(1)甲方案可探究电流和通电时间一定时,电流产生的热量跟________的关系。
(2)乙方案可探究________和通电时间一定时,电流产生的热量跟________的关系。
(3)电阻在一定时间内产生的热量是通过烧瓶中煤油_____________的多少反映出来的,这种研究问题的物理方法叫做__________ 。
电阻
电阻
电流
温度升高
转换法
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）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。
Q = I R t
热量 电流 电阻 时间
J A Ω s
（2）公式：
（3）意义：
（4）单位：
焦耳定律
焦耳定律的理解
(1)焦耳定律Q=I2Rt是由实验总结出来的,只要有电流通过导体，都可以用它来计算导体所产生的热量。
(2)只有在电流、通电时间一定时,电流通过导体产生的热量跟电阻的大小成正比的结论才成立。
(3)公式中各物理量都是对同一段电路或同一导体而言的，也是对应于同一状态的；公式中的电流I的单位用安(A),电阻R的单位用欧(Ω) ,通电时间t的单位用秒(s),这样热量Q的单位才是焦(J)。
焦耳定律的理解
(4)只有在电能全部转化为内能的电路中,消耗的电能才等于电热，即W=Q。
(5)若消耗的电能中只有一部分转化为内能,而其他的电能转化成了电热之外的其他形式的能量,此时W>Q。如电流通过电动机时,电流做功,大部分电能转化成了机械能,只有一小部分电能转化成了内能。在电能部分转化为内能的电路中,消耗的电能用W=Pt=UIt来计算,产生的电热用Q=I2Rt来计算。
（6）对于纯电阻电路，电热也可用公式 来进行计算。
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——焦耳定律的公式推广及简单计算
电热与电功的关系
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) ，此时：Q = W = Pt = UIt =
当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：
电能 内能+机械能 W＞Q热
灯泡接入电路中时，灯泡和电线流过相同的电流，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电阻大得多，产生的热量更多。
思考
电路负荷过大有什么危险？为什么？
电路负荷过大时，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。
思考
假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，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。
思考
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
思考
电流热效应的控制（防护）
上面这些东西里都装有散热装置，你知道它们是怎样散热的吗？你还知道哪些电器采取了散热措施？安装了什么样的散热装置？
散热片
散热风扇
散热窗
思考
某直流电动机线圈的电阻是1.5 Ω，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2 A，在20 s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。
练一练
焦耳定律
电流的热效应
电流产生热量
的影响因素
电流大小
电阻大小
通电时间
焦耳定律：Q=I2Rt
课堂小结

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