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　　　　　　　　　　　　15.4　焦耳定律
学习目标
1．认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用。 2．知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。 3．知道焦耳定律，会运用焦耳定律进行简单的计算。 4．电热的利用和防止。
知识点一　探究通电导体产生的热量与哪些因素有关
1．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．实验结论。
(1)当电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量就越多。
(2)当电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，导体产生的热量就越多。
(3)当电阻和电流一定时，通电时间越长，导体产生的热量就越多。
知识点二　焦耳定律
3．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，跟通电的时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。
4．焦耳定律的计算公式：Q＝I2Rt(适用于所有电路)。对于纯电阻电路，电流通过导体时，电能全部转化为内能，所以可以推导出：Q＝W＝Pt＝UIt＝t。
知识点三　电流热效应的应用与控制
5．生活和许多产业中都要用到电热，如电热水壶(或电饭锅)；但是，很多情况下也要防止电热造成危害，所以要采取散热措施，如散热窗、散热片、散热风扇。
重点　焦耳定律、电功、电热的理解与运用
1．焦耳定律。
(1)公式Q＝I2Rt中各量及其单位。
I表示电流，单位是安培(A)；R表示电阻，单位是欧姆(Ω)；t表示时间，单位是秒(s)；Q表示热量，单位是焦耳(J)。
1 J＝1 A2×1 Ω×1 s。
(2)推导焦耳定律。
若电流做的功全部用来产生热量，即Q＝W，因为电功W＝UIt，根据欧姆定律U＝IR，所以Q＝W＝UIt＝I2Rt。
2．电功与电热。
(1)电功与电热的区别：电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，或表示有多少电能转化为其他形式的能量。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
(2)电功与电热的联系。
①纯电阻电路(如电炉、电热器、电熨斗等电路)。
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于电流做的功(消耗的电能)，即Q＝W，所以Q放＝W总＝Pt＝UIt＝＝I2Rt。
②非纯电阻电路。
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其他形式的能量，只有一部分转化为内能。此时电能＝内能＋机械能，所以内能小于电能。例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为机械能，有少部分转化为内能发热。
W总＝UIt ＝Q机械能＋Q热量，电热小于电功。
3．电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围。
项目 电功 电功率 焦耳定律 适用条件
基本 公式 W＝UIt P＝＝UI Q＝I2Rt 普遍 适用
推导 公式 W＝t＝I2Rt P＝＝I2R Q＝t＝UIt 纯电阻电路 Q＝W
【跟踪训练】 有一直流电动机，当其两端电压为1 V时不转，通过线圈的电流为2 A；当其两端电压为10 V时正常转动，通过线圈的电流为1 A。当它正常工作1 min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，输出的机械能为多少？
【解】这台电动机正常工作时，1 min消耗的电能
W＝UIt＝10 V×1 A×60 s＝600 J。
由I＝得，这台电动机线圈的电阻
R＝＝＝0.5 Ω，
正常工作1 min线圈中产生的热量
Q＝I2Rt ＝(1 A)2×0.5 Ω×60 s＝30 J。
输出的机械能
W机械＝W－Q＝600 J－30 J＝570 J。
基础巩固
1．(2025·广州模拟)下列四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是(　A　)。
　　　　　　　　　　A.电热水壶　　　　B．洗衣机
　　　　　　　　　　C.电风扇　　　　　D．扫地机器人
2．甲、乙两电热丝的电阻之比为2∶3，通过甲、乙的电流之比为3∶1，则相同时间内甲、乙产生的热量之比为(　B　)。
A.2∶1 B．6∶1
C.1∶2 D．1∶6
3．将规格都是“220 V　150 W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间。以下说法正确的是(　C　)。
A.三个用电器均能将电能全部转化为内能
B.根据R＝可计算出三个用电器的电阻相等
C.三个用电器消耗的电能一样多
D.三个用电器产生的热量相等
4．电流热效应在生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害，下列情况不属于防止电热危害的是(　B　)。
A.电视机的后盖有许多孔
B.家电长时间停用，隔段时间应通电一次
C.电动机外壳有许多散热片
D.电脑主板的CPU上有小风扇
5．由于导体存在电阻，电流通过导线时会因电流的____________效应而造成大量的能量损耗。1911年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下____________会突然消失，这种现象称为超导现象。近年来我国在超导领域取得了举世瞩目的成就。用超导电缆输电，可大大降低能量损耗。有一段输电线路，输电电流为200 A，输电线路的电阻为0.5 Ω，若以超导电缆替代该线路输电1 h，可节约电能________kW·h。
【答案】热　电阻　20
能力达标
6．(2025·深圳校级一模)如图所示是“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。四个相同的透明容器中密封着质量相等的空气，分别将两套装置的A、D接线柱接到电源两端。下列说法正确的是(　A　)。
A．观察图甲中的实验现象，可知右侧容器中电阻丝的阻值较大
B．图乙装置可以用来探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
C．该实验中U形管两液面高度差越大，对应密封容器中导体产生的热量越少
D．图乙装置中，通电一段时间U形管两侧液面高度差为零，一定是电路断路
7．如图所示，从甲地通过两条输电线向乙地用户供电，若甲地电压恒为U，输电线的总电阻为r，当乙地用户用电时，下列说法正确的是(　D　)。
A．用户使用的用电器两端的电压为U
B．输电线上消耗的电功率为
C．当用户使用的用电器增多时，通过输电线的电流减小
D．当用户使用的用电器增多时，输电线上因发热而损失的功率增大
8．如图所示，在左、右两个相同容器中分别装有质量和温度都相同的水和煤油，通电一段时间后，两容器中的液体同时升到相同的温度，已知水的比热容比煤油大，由此可知(　B　)。
A．R1＝R2
B．R1C．R1>R2
D．条件不足，无法确定
9．利用如图所示装置可以研究电流通过导体时产生的热量跟____________的关系。
已知R1＝R2＝R3＝10 Ω，电路两端电压为6 V不变，通电后电阻R1中的电流为0.4 A，则通电1 min，电阻R1产生的电热为________J；相同时间内电阻R1和R2产生的电热之比为________；保持电源电压不变，将电阻R3拆除，则相同时间内电阻R2在拆除R3后产生的电热Q2′与拆除R3前产生的电热Q2之比为________。
【答案】电流大小　96　4∶1　9∶4
素养提升
10．(2025·江门台山一模)有一种电热椅主要由坐垫和脚踏组成，它的电路示意图如图所示。坐垫内的电热丝R1、R2的阻值分别为600 Ω、150 Ω，脚踏内的电热丝R3的阻值为400 Ω。闭合开关S1，调节开关S2，可以使电热椅分别处于“低温挡”“中温挡”“高温挡”。(不考虑温度的变化对电热丝电阻的影响)求：
(1)该电热椅处于高温挡正常工作时电路中的电流；
(2)该电热椅处于低温挡正常工作时的功率；
(3)当处于中温挡正常工作时，电热椅在10 s内产生的热量。
【解】(1)当闭合开关S1，S2接a触点时，功率最大，电热椅处于高温挡，此时电路中的电流
I＝＝＝0.55 A。
(2)当闭合开关S1，S2接b触点时，R3与阻值较大的电热丝R1串联在电路中，电热椅处于低温挡，电热椅消耗的最小功率
P小＝＝＝48.4 W。
(3)当闭合开关S1，S2接c触点时，R3与阻值较小的电热丝R2串联在电路中，电热椅处于中温挡，电热椅在10 s内产生的热量
Q＝W＝Pt＝t＝×10 s＝880 J。　　　　　　　　　　　　15.4　焦耳定律
学习目标
1．认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用。 2．知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。 3．知道焦耳定律，会运用焦耳定律进行简单的计算。 4．电热的利用和防止。
知识点一　探究通电导体产生的热量与哪些因素有关
1．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 。
2．实验结论。
(1)当 和 一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量就越 。
(2)当 和 一定时，导体的电阻越大，导体产生的热量就越 。
(3)当 和 一定时，通电时间越长，导体产生的热量就越 。
知识点二　焦耳定律
3．电流通过导体时产生的热量，跟 成正比，跟导体的 成正比，跟 成正比。这个规律叫做焦耳定律。
4．焦耳定律的计算公式： (适用于所有电路)。对于纯电阻电路，电流通过导体时，电能全部转化为 ，所以可以推导出：Q＝W＝ ＝ ＝ 。
知识点三　电流热效应的应用与控制
5．生活和许多产业中都要用到电热，如 ；但是，很多情况下也要防止电热造成危害，所以要采取散热措施，如 、 、 。
重点　焦耳定律、电功、电热的理解与运用
1．焦耳定律。
(1)公式Q＝I2Rt中各量及其单位。
I表示电流，单位是安培( )；R表示电阻，单位是欧姆(Ω)；t表示时间，单位是秒(s)；Q表示热量，单位是焦耳(J)。
1 J＝1 A2×1 Ω×1 s。
(2)推导焦耳定律。
若电流做的功全部用来产生热量，即Q＝W，因为电功W＝UIt，根据欧姆定律U＝IR，所以Q＝W＝UIt＝I2Rt。
2．电功与电热。
(1)电功与电热的区别：电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，或表示有多少电能转化为其他形式的能量。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
(2)电功与电热的联系。
①纯电阻电路(如电炉、电热器、电熨斗等电路)。
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于电流做的功(消耗的电能)，即Q＝W，所以Q放＝W总＝Pt＝UIt＝＝I2Rt。
②非纯电阻电路。
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其他形式的能量，只有一部分转化为内能。此时电能＝内能＋机械能，所以内能小于电能。例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为机械能，有少部分转化为内能发热。
W总＝UIt ＝Q机械能＋Q热量，电热小于电功。
3．电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围。
项目 电功 电功率 焦耳定律 适用条件
基本 公式 W＝UIt P＝＝UI Q＝I2Rt 普遍 适用
推导 公式 W＝t＝I2Rt P＝＝I2R Q＝t＝UIt 纯电阻电路 Q＝W
【跟踪训练】 有一直流电动机，当其两端电压为1 V时不转，通过线圈的电流为2 A；当其两端电压为10 V时正常转动，通过线圈的电流为1 A。当它正常工作1 min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，输出的机械能为多少？
基础巩固
1．(2025·广州模拟)下列四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是( )。
　　　　　　　　　　A.电热水壶　　　　B．洗衣机
　　　　　　　　　　C.电风扇　　　　　D．扫地机器人
2．甲、乙两电热丝的电阻之比为2∶3，通过甲、乙的电流之比为3∶1，则相同时间内甲、乙产生的热量之比为( )。
A.2∶1 B．6∶1
C.1∶2 D．1∶6
3．将规格都是“220 V　150 W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间。以下说法正确的是( )。
A.三个用电器均能将电能全部转化为内能
B.根据R＝可计算出三个用电器的电阻相等
C.三个用电器消耗的电能一样多
D.三个用电器产生的热量相等
4．电流热效应在生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害，下列情况不属于防止电热危害的是( )。
A.电视机的后盖有许多孔
B.家电长时间停用，隔段时间应通电一次
C.电动机外壳有许多散热片
D.电脑主板的CPU上有小风扇
5．由于导体存在电阻，电流通过导线时会因电流的____________效应而造成大量的能量损耗。1911年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下____________会突然消失，这种现象称为超导现象。近年来我国在超导领域取得了举世瞩目的成就。用超导电缆输电，可大大降低能量损耗。有一段输电线路，输电电流为200 A，输电线路的电阻为0.5 Ω，若以超导电缆替代该线路输电1 h，可节约电能________kW·h。
能力达标
6．(2025·深圳校级一模)如图所示是“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。四个相同的透明容器中密封着质量相等的空气，分别将两套装置的A、D接线柱接到电源两端。下列说法正确的是( )。
A．观察图甲中的实验现象，可知右侧容器中电阻丝的阻值较大
B．图乙装置可以用来探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
C．该实验中U形管两液面高度差越大，对应密封容器中导体产生的热量越少
D．图乙装置中，通电一段时间U形管两侧液面高度差为零，一定是电路断路
7．如图所示，从甲地通过两条输电线向乙地用户供电，若甲地电压恒为U，输电线的总电阻为r，当乙地用户用电时，下列说法正确的是( )。
A．用户使用的用电器两端的电压为U
B．输电线上消耗的电功率为
C．当用户使用的用电器增多时，通过输电线的电流减小
D．当用户使用的用电器增多时，输电线上因发热而损失的功率增大
8．如图所示，在左、右两个相同容器中分别装有质量和温度都相同的水和煤油，通电一段时间后，两容器中的液体同时升到相同的温度，已知水的比热容比煤油大，由此可知( )。
A．R1＝R2
B．R1C．R1>R2
D．条件不足，无法确定
9．利用如图所示装置可以研究电流通过导体时产生的热量跟____________的关系。
已知R1＝R2＝R3＝10 Ω，电路两端电压为6 V不变，通电后电阻R1中的电流为0.4 A，则通电1 min，电阻R1产生的电热为________J；相同时间内电阻R1和R2产生的电热之比为________；保持电源电压不变，将电阻R3拆除，则相同时间内电阻R2在拆除R3后产生的电热Q2′与拆除R3前产生的电热Q2之比为________。
素养提升
10．(2025·江门台山一模)有一种电热椅主要由坐垫和脚踏组成，它的电路示意图如图所示。坐垫内的电热丝R1、R2的阻值分别为600 Ω、150 Ω，脚踏内的电热丝R3的阻值为400 Ω。闭合开关S1，调节开关S2，可以使电热椅分别处于“低温挡”“中温挡”“高温挡”。(不考虑温度的变化对电热丝电阻的影响)求：
(1)该电热椅处于高温挡正常工作时电路中的电流；
(2)该电热椅处于低温挡正常工作时的功率；
(3)当处于中温挡正常工作时，电热椅在10 s内产生的热量。

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