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第十八章 电功率
第四节 焦耳定律
问题
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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？
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
本节课用实验探究及生活体验来认识电热问题
新课导入
1.认识电流的热效应，知道电流通过导体时电能转化为内能。理解焦耳定律内涵，掌握公式（Q=I2Rt）及应用，并能利用该定律解释生活中电热的利用与防治现象。
2.在探究电热与哪些因素有关时，能理解并运用控制变量的物理方法，在电流和通电时间相同的情况下探究电阻对电热的影响，在电阻和通电时间相同的情况下探究电流对电热的影响。
3.辩证看待电热现象，培养将物理知识与生活实际相联系的意识和能力。
学习目标
（2）电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
1. 电流的热效应
（1）寻找以下用电器的共同特点
电炉、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。
电流的热效应
2.电流的其他效应
电流的磁效应
电动机
电能转化为机械能
电流的化学效应
蓄电池（充电）
电能转化为化学能
【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
【猜想及其依据】
（1）可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；
（2）可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。
（3）可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。
探究影响电流的热效应的因素
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）
透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。
【设计实验】
（2）实验原理
U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化（热胀冷缩）。
同时使用两个密闭容器时，比较U型管中液柱出现的高度差，哪一侧高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。
①控制变量法：
在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。
（3）研究方法
②转换法：
实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
加热前液面相平
Δh右
Δh左
加热时液面有高度差
为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
（4）实验电路图、器材如下所示：
实验次数 电流关系 电阻小/Ω 通电时间关系 U形管液面高度差⊿h
左 右 左 右 左 右 左 右
1 相等 5 10 相等
2 大 小 相等 相等
（5）实验记录表
1. "电流通过导体产生的热量跟电阻的关系"
2. "电流通过导体产生的热量跟电流的关系"
演示实验
并入外电阻的作用：并联分流，使通过R2与R1的电流不同。
闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。
Δh
3. "电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系"
实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间 关系 U形管液面 高度差⊿h
左 右 左 右 左 右 左 右
1（上图） 相等 5 10 相等 小 大
2（下图） 大 小 相等 相等 大 小
【收集及分析数据】
1.在电流和通电时间相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。
2.在电阻和通电时间相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。
【归纳实验结论】
3.在电流和电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
1.焦耳定律
英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。
（1）内容：
电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
（2）公式：
（3）单位：
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
1J=(1A)2×1Ω×1s
Q=I2Rt
热量Q/焦耳（J），电流I/安培（A），电阻R/欧姆（Ω），时间t/秒（s）
焦耳定律
较暗
2.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。
Q = I2Rt
回答课前问题：
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？
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=I2Rt 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。
区别 联系
电功
电热
3. 电功与电热
指电流做功时，有多少电能转化为其他形式的能。
指电流做功时，电能转化为内能的那一部分。
①非纯电阻电路,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,所以Q＜W。
例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。
②纯电阻电路,当电流通过用电器时，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Q=W。
如：电炉、电热器、电熨斗等。
两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
基本公式 推导公式
电功
电功率
焦耳定律
使用条件
普遍适用
纯电阻电路Q=W
4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
W=UIt
P=UI
Q=I2Rt
第一种说法，在通电时间和电压相同的情况下，根据Q=U2t/R可知，电阻越小，产生的热量越多；
第二种说法，在通电时间和电流相同的情况下，根据Q=I2Rt 可知，电阻越大，产生的热量越多。
两种说法在各自前提下都是正确的，所以二者不矛盾。
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
想想议议
电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体。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。
1.电热的利用
电热的利用和防止
　　电流的热量有时是有害的，应该及时解决。
例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。
2.电热的防止
散热窗
微型
风扇
课堂小结
下 课
Thanks!
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