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第十七章电流做功与电功率
第三节焦耳定律
1.能通过实验，认识电流的热效应。
2.了解焦耳定律，能用焦耳定律分析并解决与此相关的问题
3.知道电流热效应的危险性，具有安全用电的自觉行为。
学习目标
思考一下
电器工作时会消耗电能，为什么会发热呢？
电能
内能
引入新课
1. 电流的热效应
电流的通过导体时，导体会发热。这种现象叫电流的热效应。
一、电流的热效应
电流通过导体时产生的热量跟哪些因素有关？
思考一下
电流
通电时间
电阻
2. 探究影响电流的热效应的因素
【猜想与假设】
（1）可能与通过导体的电流有关；
（2）可能与导体的电阻有关；
（3）可能与通电时间有关；
有电流导体时，导体才会发热
电烤炉工作时，烤炉温度高，导线几乎不发热，因此，电流的热效应与电阻有关。
生活中手机充电时，充电越久温度越高。
【设计实验 】
（1）焦耳定律演示器：透明容器内部密闭并与U形管一端连通。
容器内部有一段电阻丝，两个容器内部的电阻丝串联在一起接入电路。
排气孔
接线柱
【实验视频】
（2）实验原理：如图所示，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。哪侧U型管中液柱出现的高度差越大，表明其的电阻丝产生的热量多。
电流产生热量
Q放
盒内空气吸热
热传递
Q吸
热膨胀
增大的体积
ΔV
液面高度差
Δh
可以用U形管两侧液面高度差Δh表示电流通过导体产生的热量Q。
转 换
Δh
（3）研究方法
a. 控制变量法：
在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。
b. 转换法：
实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
【实验1】探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系
将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，并且使用稳定电源。闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
控制变量法
控制电流，通电时间一定
【实验视频】
Δh1
Δh2
R/Ω 5 10
Δh
较小
较大
结论：电流通过导体产生的热量跟电阻有关。在电流和通电时间一定时，电阻大，液面高度差大。
【实验2】探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系
将三个阻值相同的电阻串、并联接入电路，并且使用稳定电源。并联一个相同电阻，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，从而使通过两个容器中电阻的电流不同，闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。
I = 2I1
I
A
R = 10 Ω
R = 10Ω
R =10Ω
I1
控制变量法
控制电阻，通电时间一定
【实验视频】
电流 较大 较小
Δh
较大
较小
Δh1
Δh2
结论：电流通过导体产生的热量跟电流有关。在电阻和通电时间一定时，电流大，液面高度差大。
【实验3】探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系
闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。
Δh
Δh
Δh
通电时间 较长 较短
Δh
较大
较小
结论：电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。，通电时间，液面高度差大。
【归纳结论】
· 在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
· 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。
· 在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
R1：R2＝1：2
h1：h2＝1：2
电流通过导体时产生的热量跟电阻是否成正比？
思考一下
二、焦耳定律
电阻丝
电子温度计探头
电流产生的热量
Q放
水的温度变化量
Δt
盒内水吸收的热量
Q吸=cmΔt
【实验原理】
转 换
1.探究电流通过导体产生的热量跟电阻是否成正比？
【实验方案】
将不同阻值的电阻串联接入电路，使用稳定电源，并记录数据。
控制变量法
控制电阻，通电时间一定
0.6
1.3
1.9
2.5
3.1
3.7
Δt/℃
R/Ω
结论：在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟电阻成正比。
【实验方案】
将阻值一定的定值电阻与滑动变阻器串联接入电路，调节滑动变阻器改变电流，使用稳定电源，并记录数据。
2.电流通过导体产生的热量跟电流的定量关系。
【视频欣赏】
0.2
0.9
2
3.6
5.6
8.1
0.25
1
2.25
4
6.25
9
结论：在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟电流二次方成长比。
（1）定义：电流通过导体产生的热量跟电流二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
3. 焦耳定律
（2）表达式：
Q＝I 2Rt
“Q”表示电热，单位是焦耳（J）
“I”表示电流，单位是安培（A）
“R”表示电阻，单位是欧姆（Ω ）
“t”表示通电时间，单位是秒（s ）
1J＝1A2·Ω·s
【例】一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量？
解：
I = =　　　=
U
R
36V
60Ω
0.6A
Q＝I 2Rt
由
得
Q＝I 2Rt＝（0.6A）2×60Ω×5×60s
＝6480J
答：在5min内共产生多6480J热量。
例题解析
1．为了找出电流通过导体时产生的热量跟导体电阻的关系，实验时必须同时保持不变的物理量是（　　）
A．导体的电阻和导体中的电流
B．导体的电阻和通电时间
C．导体中的电流和通电时间
D．导体的电阻、导体中的电流和通电时间
C
随堂练习
2．将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是（　　）
A．电冰箱产生的热量最多 B．电风扇产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
C
3．如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是（　　）
A．左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大
B．该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟
电流大小的关系
C．该装置可以用来探究电流通过导体产生的热
量跟通电时间的关系
D．U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液
体的热胀冷缩造成的
C
4．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，线圈中通过的电流为10A．这台电动机工作1s产生的热量为（　　）
A．3800J B．72200J
C．200J D．4000J
C

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