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第3节 电路中的电能
浙教版 九年级上
第4课时
新知导入
电功率计算公式:
P=UI
变形式
U=P/I
I=P/U
对于纯电阻电器(只有电阻在做功)
欧姆定律 I＝U/R
=U2/R
推导公式
=U·U/R
P=UI
P=UI
=IR·I
=I2R
P=U2/R(已知U和R求P)
P=I2R(已知I和R求P)
对于纯电阻电路，
W＝Pt＝UIt
W= U2t/R=I2Rt
P＝
W
t
单位：1瓦 = 1伏·安=
1伏2/欧 =1安2 ·欧
新知讲解
夏天，我们使用电驱蚊器。
冬天，我们使用电取暖器。
这些用电器工作时都会发热，你知道它们的工作原理吗？
电流通过各种导体时，都会使导体的温度升高的现象。
电热器：利用电流的热效应工作的。
电热器的主要元件是发热体
其特点是电阻率大,熔点高。
结构:
实质(能量转化):
电能转化为内能的过程。
各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如图所示。
思考与讨论
1. 还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？
2. 电流的热效应有什么利和弊？
电烘箱
热的快
电取暖器
优点：
无污染、热效率高、方便控制和调节温度。
缺点：
①长期的电流热效应会加速家用电器导线外的绝缘层老化，
甚至会使绝缘层烧毁而引发火灾；
②电流热效应会影响家用电器的使用性能和寿命。
思考：电热水壶等电热器是通过导线接到电路上的。为什么电热水壶发热将水烧开，而连接它的导线却不怎么发热？电流通过导体产生热的多少跟哪些因素有关？
结合生活经验，猜想影响因素
(1)可能与导体电阻的大小有关，R越大，Q越大。
(2)可能与电流的大小有关，I 越大，Q越大。
(3)可能与通电时间的长短有关，t 越大，Q越大。
防止措施：加装散热系统（如散热电扇）或为了更好散热而特别设计的结构。
探索活动
如图所示，2只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。
利用控制变量法（串联，电流相同）
比较不同条件下导体产生热的多少（比较玻璃液面上升的高度）
1. 将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。
烧瓶与玻璃管相当于液体温度计，只要比较2根玻璃管内液面上升的高度，就可以比较液体温度上升的高低，进而比较2根电阻丝放出热的多少。(转换法）
2. 闭合开关，记下电流表的读数。
3. 经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。
4. 比较2根玻璃管内液面上升的高度，可以推测得出：当电流相等
时，电阻越大，电流产生的热越______________。
5. 当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关，记下电流表的读数：__________。
6. 经过与第一次相同时间的通电后，标出甲瓶（或乙瓶）玻璃管内液面的位置。
7. 与上一次该玻璃管内液面上升的高度相比，可以推测得出：当电阻相等时，电流越大，电流产生的热就越__________。
多
多
乙瓶中液面上升的快
改变滑动变阻器的阻值来改变电流的大小
两瓶中的液面上升比第一次都要快
1840年，英国物理学家焦耳通过大量的实验，精确地总结出了著名的焦耳定律。
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。
1、公式：Q =I 2Rt
2、单位：Q — 焦，I — 安，R — 欧，t — 秒
电能与热量的转化关系：
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，
Q = W=UIt = I2Rt 　　
可见，当导体消耗的电能全部用来产生热的情况下，根据欧姆定律的公式和电功的公式推导出来的结论与焦耳定律一致:
焦耳定律给出了电能向内能转化的定量关系。
思考与讨论
电吹风和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？
若电流做的功全部用来产生热量，即Q=W时，我们能否利用电功公式和欧姆定律来推导焦耳定律呢？
∵ Q=W 又∵ W＝UIt 根据欧姆定律 U=IR ∴Q=W=UIt=I2Rt
电熨斗工作时可以认为是将电能全部转化成了内能。
电吹风机工作时电能一部分转化成热能、还有一部分转化为机械能。
Q＜W
Q=W
例题 如图是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关S接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到沸腾；当自动
开关S断开时，电饭锅处于保温状态。图中R2是加热用的阻值为55Ω的电热丝；R1是阻值为145Ω的电阻。
（1）在加热状态下，电饭锅正常工作30min产生多少热量？
解：（1）在加热状态下，开关 S 接通， 电路中只接入电热丝R2，因此通过R2的电流：
I＝ U / R2 ＝ 220V/ 55Ω ＝4A
根据焦耳定律，R2上产生的热量：
Q＝I 2 R2 t＝（4A）2 ×55Ω×30×60s＝1.584×106 J
在保温状态下，开关S断开，电阻R1与电热丝R2串联，假设此时电
路中的电流为I′，根据串联电路的电压特点：U＝U1 +U2＝I /R1 +I′/R2，
I′＝ R1 /U +R2 ＝ 145Ω/220V +55Ω ＝ 1.1A
电饭锅消耗的功率：
P′＝U I′＝220V×1.1A＝242W
答：（1）电饭锅正常工作30min产生的热量为1.584×106 J。
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率为242W。
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率为多大？
思考与讨论
上面的问题还可以用什么方法来求解？
（1）在加热状态下， 开关S接通，电路中只接入电热丝R2
R2
=
U2
P
=
55Ω
(220V)2
=
880W
因为电饭锅的电能全部转化为内能，
所以Q=W=Pt=
880W×1800s
=1.584×106 焦
（2）在保温状态下，开关S断开，电阻R1与电热丝R2相串联，
R1+R2
=
U2
P
=
55Ω+145Ω
(220V)2
=
242 瓦
答：（1）电饭锅正常工作 30 分钟产生的热量为 1.584×106 焦。
（2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率为 242 瓦。
科学阅读
焦耳从1843年开始测量热功当量，直到1878年最后一次发表实验结果，先后做了四百余次实验，并且采用了原理不同的各种方法，测量了他能想到的各种过程所产生的热——包括机械的、电的、磁的，获得了大量的实验数据。他以极其精确的数据，为热和功的相当性提供了可靠的证据。人们为了表达对他的敬意，将功和能量的单位叫作焦耳。
焦 耳
焦耳（James P. Joule，1818～1889）是英国著名的实验物理学家。他从小就对实验着迷，在家里做起了各种实验。1840年，焦耳通过对电流的热效应的研究，得出了著名的焦耳定律。
焦耳特别热衷于热功当量的实验测量。他先测量一桶水的温度，然后把铜制的翼轮放入水中，用下落的砝码带动翼轮转动来搅动水，水的温度升高。焦耳测量了翼轮所做的功和升高的水温，从而计算出做了多少功，产生多少热，这就是“热功当量”。
课堂小结
电能（四）
单位:
1、电热器：利用电流的热效应工作的.
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。
3、公式：Q =I 2Rt
4、电能全部转化为热能时，
Q=I2Rt =
W=Pt
=UIt
若电能没有全部转化为热能时，则只可用焦耳定律来计算
Q=I2Rt ＜
W=Pt
=UIt
课堂练习
1、如果电视机、电烙铁和电风扇上都标有“２２０V ６０W”的字样，它们都在额定电压下工作相同的时间，则三个用电器产生的热量最多的是（　 ）
A.电视　　　 B.电风扇　 C.电烙铁 D.一样多
C
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=U2/R t 可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
C．根据Q=UIt可知，相同时间内产生的热量与电阻无关
D．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
D
3、如图是探究“影响电流热效应因素”的实验
装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的
烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，
下列说法错误的是（　　）
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
D
4、利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（　　）
A．本实验采用的研究方法有
“控制变量法”和“转换法”
B．通电后会发现在相同时间内
乙产生的热量是丙产生热量的2倍
C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙
D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻D的电流，使通过电阻A、D的电流不同
B
5、如图所示，人们日常生活和工作中经常使用的一种插线板。现在市场上有一些劣质插线板，经质检部门检查发现，部分劣质插线板电源线芯线比合格产品细。请根据焦耳定律解释使用这种插线板将会存在什么隐患。
答：在材料和长度一定时，导体横截面积越小电阻越大，所以伪劣电热器的电源线的芯线一般比合格产品越细，电阻越大；
根据 Q=I2Rt 可知，在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流通过细的芯线产生的热量越多，易发生火灾。
6、如图所示是小萱家的一个快热式电热水龙头，下表中列出了这只电热水龙头的部分技术参数。
求：（1）此电热水龙头正常工作20s产生的热量Q；
（2）此电热水龙头正常工作的电阻值R。（结果请保留整数）
解：（1）Q=W=P额t=3000W×20s=6×104J。
（2）由P=U2/ R 可得，电热水龙头正常工作的电阻值：
R=U额2/ P额 =(220V)2 /3000W ≈16Ω。
答：（1）此电热水龙头正常工作20s产生的热量为6×104J；
（2）此电热水龙头正常工作的电阻值为16Ω。
7、如图左是某家用电热水器的简化电路图，温控开关S可根据水温自动切换加热和保温两种状态，R1、R2是发热电阻。热水器主要参数如表 。
（1）开关S跳至触点位置时，热水器进入保温状态。
b
（2）R2的阻值为多大？
（3）在上述加热状态下，热水器正常工作35min需要消耗多少电能？
解：当开关S接b时，R1、R2串联，处于保温状态。
则P保=U /(R1+R2),即800W=(220 V)2/(R1+R2),解得R1+R2=60.5Ω
当开关S接a时，只有R1工作，处于加热状态，
P加=U /R1，即2000W=(220V) /R1,解得R1=24.2Ω
R2=60.5Ω-24.2Ω=36.3Ω
加热状态下热水器正常工作35min消耗的电能W=Pt=2000W×35×60s=4.2×106J。
谢谢
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