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(共34张PPT)
第十五章　电能与电功率
第4节　焦耳定律
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 。
2.电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系：电流通过导体时产生的热量，跟电流的二次方成 ，跟导体的电阻成 ，跟通电的时间成 。这个规律叫做 。
预习清单
电流的热效应
正比
正比
正比
焦耳定律
3.如果用Q 表示电流流过导体时产生的热量，I 表示通过导体的电流，R 表示导体的电阻，t表示通电时间，那么焦耳定律可以用公式表示为 。
预习清单
Q=I 2Rt
课程导入
点亮灯泡，戴上绝缘手套摸一摸灯泡，有什么感受呢？摸一摸教室里的多媒体主机箱，有什么感受呢？
它们工作时会发热。
还有哪些用电器工作时会发热？
课程导入
所有的用电器在工作时都有一个共同的现象，会发热，即所有的用电器都会将一部分电能转换为内能，这导致了发热现象。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。本节课我们就来学习有关电流热效应的知识。
电流的热效应与哪些因素有关呢？
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
如图所示，为什么电炉丝发热而导线不热呢？
电炉丝和导线的电阻不同。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
如图所示，为什么先起火的是插排，而不是插在上面的插头导线？
插排是干路，电流大于每个插头里的电流。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
如图所示，电热水壶烧水时为什么不能短时间内把水烧开？
通电时间短，电热水壶发出的热量不够多。
猜想：电流流过导体时产生的热量与电阻、电流和通电时间有关。
若要探究电流流过导体时产生的热量与电阻、电流和通电时间之间的关系，需采用控制变量法。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
怎样知道电流在导体中产生热量的多少？
如图所示，用导体产生的热量加热液体，用温度计测量液体温度的变化。
液体选用水可以吗？
水虽然容易获取，但比热容较大，实验效果不明显，用比热容小的液体更好，例如煤油。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
怎样设计电路控制电流和通电时间相同，比较不同阻值的电阻产生的热量？
将两个不同阻值的电阻串联，用同一个开关控制同时通电和断电。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
怎样设计电路控制电阻和通电时间相同，比较不同的电流产生的热量？
只使用一个电阻，分别用滑动变阻器调节两个相差比较大的电流，各经过相同的时间，比较两次实验中煤油的温度变化大小。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
还有其他方案吗？ 什么样的电路可以有两个不同的电流？
将两个相同阻值的电阻并联到一起，其中一个电阻可以用滑动变阻器调节电流。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
如何探究产生的热量与时间的关系？
在电流、电阻都相同的情况下，测量时间不同时液体温度的变化。
以小组为单位，利用桌上的器材，根据自己设计的电路，进行实验并收集证据。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
活动：探究通电导体产生的热量与哪些因素有关
实验1：探究通电导体产生的热量与电阻的关系。
(1)连接如图所示的电路。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
(2)将测量的数据填入表格。
(3)分析实验数据，得出实验结论。
当通过导体电流和通电时间一定时，通电导体的电阻越大，产生的热量越多。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
实验2：探究通电导体产生的热量与电流的关系。
(1)连接如图所示的电路。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
(2)将测量的数据填入表格。
(3)分析实验数据，得出实验结论。
实验表明，当电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越多，导体产生的热量越多。
任务一：通电导体产生的热量与哪些因素有关
实验3：探究通电导体产生的热量与通电时间的关系。
通过对前两次实验数据的分析发现：在电阻和电流一定的情况下，通电时间越长，导体产生的热量越多。
综上所述，通电导体产生的热量与导体的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。后经过许多科学家的研究，英国物理学家焦耳研究证明了它们的定量关系式，称为焦耳定律。
任务二：焦耳定律
英国物理学家焦耳经过多年的研究，做了大量的实验，终于确定了电流产生的热量跟电阻、电流和通电时间的关系，提出了著名的焦耳定律。
1.焦耳定律：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，跟通电时间成正比。
任务二：焦耳定律
2.公式： Q = I 2Rt。
上式中 I 的单位是安培(A)， R 的单位是欧姆(Ω)， t 的单位是(s) ， Q 的单位是焦耳(J)。
根据 I = ， Q = I2Rt 可得 Q = t 或 Q =UIt。
任务二：焦耳定律
两个推导公式由欧姆定律和焦耳定律一起推导出，因此公式和欧姆定律一样，仅适用于纯电阻电路。
由推导公式 Q =UIt 和电功公式 W = UIt 可知，在纯电阻电路中用电器消耗的电能全部转换为内能，即纯电阻电路中有Q=W=UIt。
任务二：焦耳定律
例题： 某电热器接在220 V的电源上，其电阻是100 Ω，则通电8 min约产生多少热量？
解： 方法一：通过电阻丝的电流为 I = = =　2.2 A，
电流产生的热量为 Q = I 2Rt =(2.2 A)2 × 100 Ω × 8 × 60 s =232 320 J。
任务二：焦耳定律
例题： 某电热器接在220 V的电源上，其电阻是100 Ω，则通电8 min约产生多少热量？
解： 方法二：此电热器通电8 min产生的热量为Q = t = × 8 × 60 s=232 320 J。
任务三：电流热效应的应用与控制
1.纯电阻电路与非纯电阻电路
(1)纯电阻电路：电流通过导体所做的功全部转化为内能的电路叫做纯电阻电路。故在纯电阻电路中用电器产生的热量Q 等于所消耗的电能W。比如定值电阻、电饭锅、电炉、电熨斗、电烤炉、电暖手宝、电饼铛、电烙铁等。
任务三：电流热效应的应用与控制
(2)非纯电阻电路：与纯电阻电路相对，电流通过导体所做的功没有全部转化为内能，称为非纯电阻电路。故在非纯电阻电路中用电器发热产生的热量Q 小于所消耗的电能W。生活中绝大多数用电器都是非纯电阻用电器。
任务三：电流热效应的应用与控制
2.纯电阻电路的应用
纯电阻电路中，电能全部转化为内能，可以提供很多热量。生活中常见的电热器的重要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成的，电流通过电阻丝放出热量。电热器清洁卫生、没有环境污染、热效率高，有的电热器还可以方便地控制和调节温度。
任务三：电流热效应的应用与控制
生活中用到的电热毯、电烤箱、家禽电热孵卵器、引发炸药的电热装置乃至高空飞行服里的电热保温装置都是电热器，它们有不同的构造和用途，但原理都相同。
任务三：电流热效应的应用与控制
3.防止电热的危害
在电动机里，电流所做的功主要用来转化为机械功(这样的电路我们叫它非纯电阻电路)，但电流通过电动机里的导线时也会产生热量，会使导线温度升高，温度超过绝缘材料的耐热温度，绝缘材料会迅速老化甚至可能烧坏，这就需要考虑散热，还要加快散热，有的电动机里装有风扇，同时把外壳做成特殊的形状，都是为了迅速散热。
任务三：电流热效应的应用与控制
电脑、电视机等用电器也需要考虑散热，它们的机壳上都有散热孔。这些用电器在使用过程中一定要保持散热孔处的通风，不能用遮盖物覆盖以免它们因过热导致损坏，甚至引发火灾。
核心总结
1.电流的热效应：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.焦耳定律：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。
3.公式： Q=I 2Rt。
课堂练习
1.下列情况不容易引发火灾的是　　　　　 ( )
A.使用大功率用电器
B.使用电暖器时将它用毛巾覆盖起来
C.导线断开，将断开处简单连接起来
D.保持用电器散热孔正常散热
D
课堂练习
2.某堂课上，老师将锡纸常剪散成热图乙形状，其中ab、bc、cd 长度相同，再将锡纸两端与电池的正负极相连，很快锡纸开始冒烟起火(如图甲所示)，原因分析错误的是(　　)
A.ab处的电阻大于cd 段
B.cd 处电流最小
C.ab处发热比bc、cd 处更多
D.最不容易起火的位置是cd
B
课堂练习
3.一台标有“220 V　2 200 W”的电暖器正常工作10 min 产生的热量是　　　　　　　　　　　　(　　)
A.3.6×106 J
B.1.32×106 J
C.4.84×105 J
D.6×105 J
B
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