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第十八章 电功率
第4节 焦耳定律
人教版 物理 九年级 下册
　　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的多少跟什么因素有关
1. 理解焦耳定律，并能用焦耳定律进行有关计算，会解释有关电热现象；了解电热的利用和防止。
2.在实验中过程，体验控制变量法和转换法的应用，进一步提高实验设计和操作能力，养成实事求是和严谨的科学态度。
电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫作电流的热效应。
利用电流的热效应来加热的设备：________。
电热器
电热水器
电热水壶
电炉
电烤箱
电饭锅
电热取暖器
这些用电器工作时有什么共同特点？
知识点 1
电流的热效应
点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？
导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？说明什么？
电流的热效应与哪些因素有关？
猜想：
与电流、电阻、时间有关。
观察与猜想
讨论1：当一个物理量被猜测与多个因素有关，应该用什么方法去研究？
（控制变量法）
讨论2：实验中通过观察什么现象来比较电流产生的热量的多少？
（转换法）
实验
装置
当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。
实验中，通过观察_________________来比较电流产生的热量的多少。
管中液面上升的高度
这种研究方法叫
实验方法
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
现象：电阻较大的这边的液柱上升较高。
结论：
控制不变的量是：__________、____________。
电流
通电时间
实验1：研究电热与电阻关系
点击图片播放实验视频
I = 2I1
I
A
R = 5 Ω
R = 5 Ω
R = 5 Ω
I1
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。
现象：电流较大的这边的液柱上升较高。
结论：
控制不变的量是：____________、______________。
电阻
通电时间
实验2：研究电热与电流关系
点击图片播放实验视频
√
×
×
×
图是课本“探究电流通过导体产生的
热量与导体电阻间关系”的实验装置，两
个透明容器中封闭着等量的空气，电路正
确连接后，通电进行实验过程中，下列说
法正确的是 （ 　）
A．左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大
B．U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少
C．要保持两个电阻丝两端电压相等
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
B
两电阻丝串联电流相等
热量的多少不能直接观察，可通过U型管液面高度差的变化来反映
电路中两电阻串联，电流相等，各电阻分得电压不等
根据Q=I2Rt可知，I和t相同时，电阻大的电阻丝产生的热量较多
Q = I R t
热量 电流 电阻 时间
J A Ω S
公式：
物理量：
单位：
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。
知识点 2
焦耳定律
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。
焦 耳
物理学史
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 =
U2
R
t
适用于纯电阻电路（只发热）
= I2Rt
【问题回顾】电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？
原因：导线与电热丝串联，电流、时间都相同，导线电阻远小于电炉丝电阻， 由Q= I2Rt可知，导线产生的热量少。
电能和电热关系
例题 一根60 的电阻丝接在36V的电源上，在5min内共产生多少热量？
解：
通过电阻丝的电流为：
电流产生的热量为：
Q=I2Rt=(0.6A)2×60 ×5×60s=6480J
还有其他方法吗？
U2
Q=W=
R
t
　　额定电压相同的灯泡，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。可是按照焦耳定律，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：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
想想议议
2. 小明在一次野炊活动中，将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸（可看做导体）接在干电池正负两极上，如图所示，锡箔纸较窄处最先燃烧。这是因为与长度相同的锡箔纸较宽处相比，较窄处 （ 　）
A．电阻较大
B．电流较大
C．电压较小
D．电功率较小
A
材料和长度相同时，导体越细，电阻越大
串联电路中各处的电流相等
锡箔纸较窄处电阻大，电压较大
锡箔纸较窄处电压大，电功率较大
（相当于纯电阻电路）
当电动机工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能（有用功），同时，电动机线圈也会发热（额外功）：
电能（W） 内能（Q）+机械能（E）
W = UIt
Q =I2Rt
E=W–Q
当电动机通电但转子被卡住时，消耗的电能只会让电动机线圈发热，
此时，W =UIt=Q=I2Rt
有关电动机的电热讨论
例题 家用电风扇正常工作时电流为0.3A，电阻等效为200 ，求在5min内共产生多少热量？消耗的电能，转化的机械能是多少？效率呢？
解：
消耗的电能（总的）为：
电流产生的热量为：
Q=I2Rt=(0.3A)2×200 ×300s=5.4×103J
W=UIt=220V×0.3A×300s=1.98×104J
机械能(有用）：E=W–Q=1.98×104J–5.4×103J=1.44×104J
效率：η=
E
W
1.44×104J
1.98×104J
×100%
×100%
=72.7%
=
3.一直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；若把电动机接入2.0V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0A。
求：（1）电动机线圈电阻。
（2）电动机正常工作时的输出功率多大？
（3）电动机的机械效率多大？
（4）如果在动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？
解：（1）当电机不转时，由欧姆定律得，电机的内阻为：
（2）当电机正常工作时，输出功率为：
P输出=P电P内=UI I2R=2V×1A （1A）2×0.5Ω=1.5W；
（3）电动机的机械效率：
（4）电动机的转子突然被卡住时，此时相当于纯电阻，发热
功率为：
电饭锅
电烙铁
热得快
电热毯
电熨斗
1．电热的利用
　　电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
电热孵化器
知识点 3
电热的利用和防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如电视机的后盖有很多孔，是为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等。
2．防止电热的危害
散热窗
散热风扇
将用电器烧坏
使绝缘材料老化
1.（安徽中考）如图所示的电路中，电源
电压保持6V不变，电阻R1=10Ω，R2=20Ω，
闭合开关S，则R1消耗的电功率为______W；
若通电30s，电阻R2产生的热量为______J。
0.4
24
解：由电路图可知，电路中的电流：
R1的电功率P1=I2R1=（0.2A）2×10Ω=0.4W
电阻R2产生的热量Q2=I2R2t═（0.2A）2×20Ω×30s=24J
连接中考
2.（2025 巴中）如图为烤火炉的简化电路图，电源
电压为220V，两个发热电阻阻值均为88Ω，该烤火
炉有低温和高温两个挡位，则烤火炉处于高温挡时
的功率为 W，处于低温挡工作1min产生的
电热为 J。
1100
解析 只闭合S1时，电路为R1的简单电路；
S1、S2均闭合时，R1与R2并联，并联时电流较大，故总功率较大。
每个电阻的电压都是220V，电功率P1==550W，并联时的总功率P=2P1=2×550W=1100W；
低温挡时只有一个电阻工作，故产生的电热Q=W=P1t=550W×60s=3.3×104J。
连接中考
3.3×104
连接中考
3.（2025·宁夏）如图是某款汽车后挡风玻璃的除雾除霜装置示意图。图中较宽的线条是导电条（电阻不计），较窄的线条是电阻丝。导电条A、B两端与汽车供电电路相连，供电电压为12V，电
阻丝的总电阻是1Ω。正常工作时，通过导电条A
处的电流为 A，电阻丝工作5min产生的热
量为 J。图中P处电阻丝断裂，其他
电阻丝还能工作，则这些电阻丝是 （选填
“串联”或“并联”）的。
12
I==12A
电阻丝将电能全部转化为内能，Q=W=UIt=12V×12A×5×
60s=4.32×104J
4.32×104
并联
连接中考
4.（云南中考）一只标有“6V 3W”的小灯泡，接在电源电压为12V的电路中，为使其正常发光，应_________（选填“串”或“并”）联一个电阻（小灯泡灯丝电阻不变），该电阻通电20s产生的热量是___________J。
串
60
灯泡正常工作电流：
电阻分压：UR=U–UL=12V–6V=6V
IR=IL=0.5A
Q=URIt=6V×0.5A×20s=60J
连接中考
5.（2025·遂宁）小明和爸爸在家一起探究固体熔化过程的规律。他用电加热器对质量为2.5kg的冰块进行加热，并画出温度随加热时间变化的图像。由图可知冰是 （选填“晶体”或“非晶体”），电加热器的铭牌上标有
“220V 605W”，加热过程中，消耗电能
的70%转化为冰和水的内能，此时家庭电
路实际电压为 V，1～4min电加热器
消耗的电能为 J。[整个过程不考虑
水分的损失，c水=4.2×103J/（kg ℃）]
晶体
R=
4-6min内，温度上升4℃，则Q吸=c水mt=
4.2×10J/（kg·℃）×2.5kg×4℃=4.2×104J
消耗的电能W=，由W=得，U实=
=200V
200
电加热器的实际功率P实==500W，加热时间t电=3min=180s，则W加热=P实t电=500W×
180s=90000J。
90000
1. 小明家电饭锅的电源线坏了，他在网上新买了一根，使用时
闻到橡胶的焦糊味，他立即拔下电源插头，发现这根电源线很
热，其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因
可能是（　　）
A．电路的电压过高 B．新买的电源线过细
C．新买的电源线过粗 D．新买的电源线过短
B
基础巩固题
2. 将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，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．电脑产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
C
基础巩固题
3. 甲、乙两电热丝电阻之比为3﹕4，通过的电流之比为3﹕1，则相同时间内产生的热量之比为（　　）
A．27﹕4 B．9﹕4
C．4﹕9 D．4﹕27
A
基础巩固题
4. 电热水壶上标有“220V 1800W”，小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变热，但连接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体的电阻______。在额定电压下，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的
热量为_________J。
小
3.6×105
基础巩固题
用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。
（1）烧瓶中装入的煤油是________（选填“导体”或“绝缘体”）。
（2）请根据实物电路，在虚线框图内画出对应的电路图。
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应______，通过R1的电流_________通过R2的电流。
R2
R1
绝缘体
相等
小于
能力提升题
（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明__________________________________________________。
（5）小红用如左下图示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，右下图中能正确反映h–I关系的是_________。
电阻和通电时间不变，电流越大产生的热量越多
A
【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因。______________________________________________________
______________________________________________________。
不能。含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化为内能，即发热了，W=UIt＞Q=I2Rt
1.电流的热效应：电流通过各种用电器时，温度都会升高。
2. 焦耳定律：
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
3.电热的利用和防止。
作业
内容
教材作业
完成课后“练习与应用”
自主安排
配套练习册练习

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