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初中物理苏科版（2024）九年级下册
第十五章 电功与电热
第3节 电流的热效应 焦耳定律
1. 知道电流的热效应及其应用。
2. 通过实验探究，知道影响电流热效应的因素。
3. 知道什么是焦耳定律。
4. 会用电热公式进行相关问题的分析与计算。
电热水壶
取暖器
手机
长时间使用手机看视频、玩游戏等容易造成手机发烫；电热水壶可以烧水；取暖器可以发热，从而给人取暖；想一想，它们都有什么共同点？
电能转化为内能
知识点一、电流的热效应
（1）寻找以下用电器的共同特点
电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。
分析：用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。
（2）电流的热效应
导体中有电流通过时会发热，电能转化为内能，这种现象称为电流的热效应。
1. 电流的热效应
利用电流热效应工作的用电器称为电热器。
生活中，有许多用电器就是利用电流的热效应工作的，如电饭锅、电烙铁、电熨斗和电热油汀等，如图所示。
2. 电热器
电流热效应也有不利甚至有害的一面。例如，手机、计算机、电视机等用电器，工作时由于电流热效应而发热，不仅浪费电能，还可能会因温度过高而损坏，甚至会引发安全隐患。
3. 电流热效应的危害
电炉是通过铜导线接入电路中的。通电时，电阻丝发热而铜导线却几乎不发热，它们产生的热量是否与电阻有关？
猜一猜：
通电导体产生热量的多少可能与哪些因素有关？
电热器只有在通电时才发热，它们产生的热量是否与电流有关？
知识点二、焦耳定律
1. 探究影响电流热效应的因素
探究影响电流热效应的因素
活 动
进行猜想
②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?它们产生的热量是否与电阻有关？
①电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关?
③给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？
装置与原理
如图所示，将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油） 中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，因此我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。
设计实验
1. 探究电阻丝中的电流大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制?
2. 探究电阻丝的电阻大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制?
3. 探究通电时间对产生热量的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制?
1. 探究电阻丝中的电流大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制?
采用控制变量法进行实验。
在探究电阻丝中的电流大小对产生热量的影响时，需要控制电阻与通电时间相同，而电流不等。
可以选用同一根电阻丝接入电路，保持通电时间一定，调节滑动变阻器，改变电阻丝的电流。
设计实验
采用控制变量法进行实验。
在比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响时，需要控制电流与通电时间相同，而电流不等。
可以选用两段阻值不等的电阻丝R1和R2分别安装在两个相同装置中，然后将它们串联接入电路，通电一段时间。
2. 探究电阻丝的电阻大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制?
设计实验
采用控制变量法进行实验。
在比较通电时间对产生热量的影响时，需要控制电阻与电流相同，而时间不等。
可以选用同一根电阻丝接入电路，保持电流不变，改变通电时间。
3.探究通电时间对产生热量的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制?
设计实验
进行实验与收集证据
1. 将同一根电阻丝接入电路，观察在一定时间内液体温度的变化。保持时间一定，调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流，进行多次实验。
实验现象：时间一定时，电流较大时温度计的示数变化大。
2. 将两段阻值不等的电阻丝R1和R2分别安装在两个相同装置中，然后将它们串联后接入电路，通电一段时间，观测两个装置中液体温度的变化。
实验现象：阻值较大的电阻R1对应的温度计的示数变化大。
3. 将同一根电阻丝接入电路，保持通过电阻丝的电流不变，改变通电时间，观察液体温度的变化。
实验现象：通电时间越长，温度计的示数变化越大。
由上述实验可知，影响通电导体产生热量的因素有：电流、导体的电阻、通电时间。
实验结论
电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。
（1）视频演示：探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系
（2）视频演示：探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系
（1）
（2）
视频讲解：影响导体产生热量的因素
2. 焦耳定律
（2）公式： Q = I2Rt?
公式中各物理量及其单位：
电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。
（1）内容：
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）
（3）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
可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
（4）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，也表示有多少电能转化为其他形式的能。
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
纯电阻电路
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消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W 。
例如，电取暖器、电饭煲、热水器等这些用电器工作时电能全部转化为内能，产生的热量均可用下列公式计算：
Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt
非纯电阻电路
在该类电路中，电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能，即电热小于电功 Q热量＜W 。
例如，电风扇、洗衣机等。这种情况下，计算电流产生热量的公式为：Q =I2Rt
I 表示电流，R 表示用电器（电动机）的电阻。
因为电炉丝与导线串联，电流与通电时间相等，但是电炉丝的电阻远大于电线的电阻，根据焦耳定律 Q=I 2Rt 可知，在相同时间内，电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。
想一想
你现在明白了吗？电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
【例】如图甲是一款采用增压技术的挂烫机，简化电路如图乙，电源电压为220V，R1、R2是电热丝，R1=55Ω，R2=110Ω。开关S接2、3时处于慢热挡；开关S接3、4时处于速热挡。求：
（1）挂烫机慢热过程中，电路中的电流；
（2）挂烫机慢热工作1min，电热丝产生的热量；
（3）挂烫机速热过程中的总电功率。
【解析】（1）由电路图可知，开关S接2、3时处于慢热挡，只有电热丝R1接入电路中，则电路中的电流为I=U/R1=220V /55Ω=4A
（2）慢热工作时间为 t=1min=60s
电热丝产生的热量为 Q=I?R1t=(4A)? ×55Ω×60s=5.28×104J
（3）开关S接3、4时处于速热挡，两电电热丝并联，R1、R2的电功率分别为
挂烫机速热过程中的总电功率为
P=P1+P2=880W+440W=1320W
①内容：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，
与导体的电阻成正比，与通电时间成正比.
②公式: Q=I2Rt?
I 为电流，单位A； R为电阻，单位Ω；
t 为通电时间，单位s； Q为热量，单位J.
③推导公式：Q=????2????t=UIt 适用于纯电阻电路.
④电功与电热：纯电阻电路 Q=W；非纯电阻电路 Q?
电热器
焦耳定律
电流的热效应
焦耳定律
电热的利
用和防止
①电流的热效应：电流通过导体电能转化为内能的现象.
②电热器：利用电流热效应工作的用电器.
③影响电流热效应的因素：电流、电阻和通电时间.
应用：电热器。防止：散热器等.
1.下列小家电中，利用电流热效应工作的是 ( )
A.电烤箱 B.甩干机
C.扫地机器人 D.吸尘器
A
2.关于电流通过导体时产生的热量， 以下说法正确的是 ( )
A .根据 Q=I2Rt 可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
B .根据 Q=I2Rt 可知，在电流一定时， 电阻越大，相同时间内
产生的热量越多
C .根据 Q=UIt 可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关
D .根据 可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
B
3.某电热器接入220V的电路中正常工作时，其发热体的电阻为55Ω，求该电热器在20 min内产生的热量?
分析：根据已知条件，可以先由欧姆定律计算出通过发热体的电流，再由焦耳定律计算出电热器在20min内产生的热量。
解： 通过发热体的电流 I=U/R=220V/55Ω=4A
该电热器在20 min内产生的热量
Q=I?Rt=(4A)? ×55Ω×20×60s=1.056×106J

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