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18.4 焦耳定律
电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
电流的热效应
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
电暖器
电热水壶
电暖宝
电流的热效应
含义：
电流通过导体时电能转化成内能的现象。
对电流热效应的理解：
1. 任何电阻不为零的导体都会发生电流的热效应现象；
2. 利用电流的热效应的用电器叫做电热器；
3. 电流的热效应的实质：
内能
电能
转化
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
生活经验告诉我们，使用电水壶烧水的时候，刚开始通电时水的温度与室温差不多，随着时间的推移，水温逐渐上升。
当电流与电阻相同时，通电时间越长，这段电阻丝产生的热量越多。
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电阻的关系
如图所示，两个透明容器中密封折等量的空气，U形管中液面高度的变化反应密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中电阻丝的电阻比较大。
两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电阻的关系
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电阻的关系
在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的电阻越大，这段电阻丝产生的热量越多。
【实验结论】
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电阻的关系
1. 本实验中采用了哪些实验方法？
答：本实验采用了控制变量法和转换法。
2. 实验中，为什么要将两个电阻丝串联在一起？
答：本实验采用控制变量法，在进行“电流产生的热量与电阻有关”的实验时需要控制通电时间和电流相同，串联电路中电流处处相等，可以控制电流大小始终相等。
思考与讨论
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电流的关系
如图所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将另一端电阻丝与容器内的电阻丝并联，因此通过两个容器中电阻丝的电流不同。闭合开关，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。你看到的现象说明了什么？
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电流的关系
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电流的关系
在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的电流越大，这段电阻丝产生的热量越多。
【实验结论】
电流的热效应
影响电流通过导体时产生热量的多少
演示 电热与电流的关系
实验中采用了什么方式改变通过两个阻值相同的密闭容器内电阻的电流大小呢？
答：通过将另一个定值电阻与其中一个密闭容器内电阻并联的方式改变通过密闭容器内电阻的电流大小。
根据并联电路的电流规律可知，当定值电阻与密闭容器内电阻并联时，通过该密闭容器内电阻的电流小于干路电流即通过未与定值电阻并联的密闭容器内电阻的电流大小，通过该方法可以使通过两个阻值相同的密闭容器内电阻的电流大小。
思考与讨论
焦耳定律
焦耳定律
内容：
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先确定了电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：
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。
公式：
Q=I2Rt
Q：热量 单位：焦耳（J）
I：电流 单位：安培（A）
R：电阻 单位：欧姆（Ω）
t：时间 单位：秒（s）
焦耳定律
焦耳定律
焦耳定律的推导
电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt。
再根据欧姆定律得出U=IR，就得到Q=I2Rt。
在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。
焦耳定律
利用焦耳定律解决实际问题
例题 四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4。如图甲所示，电阻为R1 、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中。已知R1=R3，R2=R4，R1＞R2。
（1）电阻为R1和R2的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？
（2）电阻为R3和R4的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？
U
R3
R4
U
R1
R2
甲
乙
焦耳定律
利用焦耳定律解决实际问题
解：（1）在串联电路中，通过电阻为R1和R2的两个电阻器的电流相等。根据焦耳定律Q=I2Rt，当I、t相同时，Q与R成正比，由于R1＞R2，因此相同时间内电阻为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。
（2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律Q=I2Rt 和欧姆定律????=????????，可知????=????2????????。由公式可知，电压相同时，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比，且R3＞R4，因此相同时间内电阻为R4的电阻器放出的热量比电阻为R3的电阻器多。
?
焦耳定律
利用焦耳定律解决实际问题
练习 如图所示电路中，电源电压恒定不变，R2的阻值为5Ω。闭合开关S，电压表的示数为4V，电流表的示数为0.4A，求：
（1）R1的阻值；
（2）通电1min，R2产生的热量。
焦耳定律
利用焦耳定律解决实际问题
解：
（1）由图可知，R1与R2串联，电流处处相等，电压表测R1两端电压，R1的阻值????1=????1????=4V0.4A=10Ω。
（2）通电1min，R2产生的热量为Q = I2R2t
=(0.4A)2×5Ω×60s=48J
答：R1的阻值为10Ω，通电1min电阻R2产生的热量为48J
?
焦耳定律
利用焦耳定律解决实际问题
想想议议
额外电压相同的灯泡，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。课时按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？
答：这两种情况下有不同的变量，前者是在电压一定时，电阻越小，电流越大，电热与电流是二次方的关系，所以电流对电热影响较大。后者的前提是在电流一定时，电阻越大，电热越多。
电热的利用和防止
电热的利用
生活中和许多行业中都要用到电热。
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养鸡场的鸡苗孵化器
家中利用电热的电器
电热的利用和防止
电热的防止
过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定兴，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。
电热的利用和防止
电热的防止
一些手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热。
大数据基地的散热设备
1. 如图所示是“探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关”的实验。
（1）甲、乙、丙三个相同的透明容器中密封着质量相等的空气。实验中通过比较 U 形管内 来反映导体产生热量的多少，这里用到的实验方法是 法。
液面的高度差（或液面的高度变化）
转换
1. 如图所示是“探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关”的实验。
（2）探究导体产生的热量与电流大小的关系时，应选用图中_______两容器及相连的 U 形管比较；探究导体产生的热量与电阻大小的关系时，应选用图中 两容器及相连的 U 形管比较。
乙、丙
甲、乙
1. 如图所示是“探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关”的实验。
（3）通电一段时间后，与 （选填“甲”“乙”“丙”）容器相连的U形管中的实验现象最明显。
甲
2. 下列家用电器，利用电流的热效应工作的是（　　）
A．电冰箱 B．洗衣机 C．电脑 D．电饭煲
D
3. 如图是“探究通电导体产生的热量与_______大小关系”的实验装置。通过左侧容器中电阻丝的电流为0.4A，在1min内电流通过右侧容器中电阻丝产生的热量为_____J。
电流
12
4. 某品牌家用吸尘器及其铭牌如图所示，正常工作10秒时间内电动机做总功为 J，若电动机线圈电阻为10Ω，10秒时间内电动机线圈发热量是 J。
11000
2500
焦耳定律
电流的热效应

电流的热效应含义与理解
影响电流通过导体时产生热量的多少
焦耳定律

焦耳定律：Q=I2Rt
电热的利用
电热的防止
利用焦耳定律解决实际问题
电热的利用和防止

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