1、第 4 节 焦耳定律 【自主预习探新知】 【新知初探】 一、电流的热效应 1 1定义：电流通过导体时电能转化成_，这种现象叫作电流的热效应。 2 2如果较长时间接打手机，你会感到手机电池部位比较“烫”，这是_ 现象。 3 3影响因素：电流通过导体产生的热量跟导体的_，通过导体的_和_ 有关。 二、焦耳定律 1 1 内容：电流通过导体产生的热量跟 _，跟导体的_，跟 _。 2 2公式：_。 三、电热的利用和防止 1 1家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器等，都是利用电能转化成热来工 作的，都是利用_的例子。 2 2电视机的后盖有很多孔，是为了_。过多的电热如果不能及时散失，会产生许
2、多 _。 【预习自测】 1 1(青海)下列用电器利用了电流的热效应来工作的是 ( ) A电风扇 B电铃 C洗衣机 D电热毯 2 2一根阻值为 50 的电阻丝，通电 100 s，通过的电流为 0.2 A，则电流通过电阻丝产生 的热量为_J。 【合作探究破疑难】 【要点突破】 知识点知识点 1 1 电流的热效应电流的热效应 1 1探究电流产生的热量与电阻的关系 (1)实验思路：控制_、_不变，改变_。 (2)实验装置：如图 1841 所示，两个透明容器中密封等量的空气，两个容器中都有一段 电阻丝，两电阻丝串联，且右边容器中的电阻比较大。 图 1841 (3)实验现象：通电一段时间后，发现与_边容器
3、相通的 U 形管液面高度差较大。 (4)实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电阻产生的热量越_。 2 2探究电流产生的热量与电流的关系 (1)实验思路：控制_、_不变，改变_。 (2)实验装置：如图 1842 所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在右边容器的外部，将 一个电阻和这个容器内的电阻并联。 图 1842 (3)实验现象：通电一段时间后，发现与_边容器相通的 U 形管液面高度差较大。 (4)实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热量 越_。 【归纳总结】 (1)电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关。导体的电
4、阻越大，通 过导体的电流越大，通电时间越长，产生的热量也就越多。 (2)探究时要把握两个关键点： 一是实验的设计思想。 电流通过导体时产生热量的多少无法直接观察， 实验中通过 U 形管中液面的高度变化来间接反映出电流产生的热量的多少。即利用了转化的思想。 二是实验的探究方法控制变量法。探究时把影响电流热效应的多个因素问题转变成多个单因素 问题来研究，从而研究出被改变的这个因素(变量)对电流热效应的影响，最后再进行综合分析，得 出实验结论。 【典例 1 1】在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，某同学采取了如 图 1843 所示的实验装置(两个透明容器中封闭着等量的空气)。 甲
5、 乙 图 1843 (1)实验中通过观察_变化来比较电流通过电阻产生热量的多少。 (2)观察图甲中的 A、B 管，在通电时间相等时，发现 B 管液面上升得高，则表明电流通过导 体产生的热量多少与_有关。 (3)采用图乙实验装置，可以得出结论：在电阻和通电时间相同时，_越大，电流产生 的热量越多。 (4)该实验中用到了控制变量法和_法。 【针对训练】 1 1如图 1844 所示的电路中，R1和R2是两段电阻丝，且电阻值R1R2。在两段电阻丝上 各夹一根火柴，移动滑动变阻器的滑片 P，使滑动变阻器接入电路的电阻值比较小，然后闭 合开关 S， 经过时间t， 电阻丝R1上的火柴先被点燃。 这说明， 在
6、通电时间和_相同时， 电流通过导体产生热量的多少与_的大小有关。 图 1844 知识点知识点 2 2 焦耳定律焦耳定律 1 1电热和电功在大小上有什么关系？ 2 2如果电流所做的功全部用来产生热量，你能推导出计算热量的公式吗？ 3 3读教材第 101 页“想想议议”，二者有矛盾吗？怎样解释？ 4 4将IU R代入 QI 2Rt 后得出QU 2 R t，将UIR代入QI 2Rt 得到QUIt，二者与QI 2Rt 在使用时有无区别？ 【归纳总结】 (1)电流通过导体时，如果电能全部转化为热，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流 产生的热量Q等于消耗的电能，即WQI 2RtU 2 R tPtUI
7、t。 (2)若电流做的功只有一部分转化为电热，则只可用焦耳定律来计算。因为许多用电器除了产 生电热外，还要产生其他能量，如电动机主要是产生机械能，电镀槽会产生化学能，收音机 主要产生声能等，这些情况下QW。 【典例 2 2】某三挡电炖锅的工作电路可简化为如图 1845 所示的电路图，其两段电热丝的 阻值分别为R1和R2，且R1R2，说明书的部分参数如下表。 额定电压 电炖锅挡位 额定功率 220 V 低温 200 W 中温 400 W 高温 600 W 图 1845 (1)在低温挡工作时，电路中的电流多大？(小数点后保留一位) (2)请直接判断当开关 S1断开、S2闭合时，电炖锅处于哪个挡位？
8、并求出R2的阻值。 (3)小颖对该电炖锅说明书中所标的功率值产生怀疑，她用所学知识和爸爸进行了如下实验： 关掉家里的其他用电器，只让电炖锅在高温挡单独工作，她观察到家中的电能表标着“1 800 revs/(kWh)”，且在 1 min 内电能表的转盘转了 15 转。请帮助她计算出电炖锅在高温挡工 作时的实际功率，如与额定功率有差异，试写出一种可能原因。 想一想：解答有多个挡位的电热器问题需要注意哪些方面？ 【针对训练】 2 2某校师生自制一台电烘箱，设计的简化电路图及技术参数如下，R1和R2均为电热丝且电阻 值恒定。 额定电压 220 V 正常工作电流 高温挡 5 A 低温挡 2 A 图 18
9、46 根据师生们的设计，求： (1)电烘箱在高温挡正常工作时每分钟可产生的热量。 (2)电热丝R1的阻值。 (3)电烘箱在低温挡正常工作时，R2的功率。 【达标检测】 (10 分钟) 1 1(四川自贡)将规格都是“220 V 100 W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别 接入同一家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是 ( ) A三个用电器产生的热量相同 B电风扇产生的热量最多 C电烙铁产生的热量最多 D电视机产生的热量最多 2 2将两根电阻丝R1、R2分别插入甲、乙两瓶等质量煤油中，串联接入电路，R1R223。 通电一段时间后，R1、R2产生的热量之比为 ( ) 图 1847 A3
10、2 B23 C49 D94 3 3一根阻值为 50 的电阻丝，通电 100 s，电流通过电阻丝产生的热量为 210 4 J，则通 过电阻丝的电流为_A。 4 4(福建莆田)电炉丝热得发红，而跟它串联的导线却几乎不发热，这是因为通过它们的电 流_(选填“相等”或“不相等”)， 而导线的电阻比电炉丝的电阻_(选填“小” 或“大”)得多。 5 5如图 1847 所示，电源电压U12 V，电热丝R14 ，R28 。 图 1847 (1)开关 S 闭合后电流表的示数为多少？ (2)开关 S 闭合后，电热丝R2在 10 s 内产生的热量是多少？ 第 4 节 焦耳定律 【自主预习探新知】 新知初探 一、1.
11、1.内能 2.2.电流的热效应 3 3电阻 电流 通电时间 二、1.1.电流的二次方成正比 电阻成正比 通电时间成正比 2 2QI 2Rt 三、1.1.电热 2.2.通风散热 安全隐患 预习自测 1 1D 2.2.200 【合作探究破疑难】 要点突破 知识点 1 1 1(1)电流 通电时间 电阻的大小 (3)右 (4)多 2 2(1)电阻 通电时间 电流的大小 (3)左 (4)多 典例 1 1(1)液面高度差 (2)电阻 (3)电流 (4)转换 解析：(1)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过液面高 度差的变化来反映， 这种研究方法叫转换法。 (2)图甲， 两个电阻
12、串联在电路中， 电流相同， 通电时间相同，电阻不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电阻的关系。(3)在乙电 路中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，再接入原电路，由实验现象可 以得到的结论是：在电阻、通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过电阻产生的热量越 多。(4)该实验中用到了控制变量法和转换法。 针对训练 1 1电流 电阻 解析： 电阻丝R1上的火柴先被点燃， 说明R1上的火柴温度升得高， 电阻R1产生的热量Q1多， 即Q1Q2；由电路图可知，两电阻串联，流过它们的电流I相等，它们的通电时间t相等， 已知R1R2，由此可见：电流通过导体产生热量的多少与电阻大小有关。 知
13、识点 2 1 1电流通过导体时，如果电流所做的功全部用来产生热量，则WQ，如果电流所做的功只 有一部分用来产生热量，则WQ。 2 2易知QWUIt，又由欧姆定律IU R可得 UIR，所以QWUItIRItI 2Rt。 3 3二者并不矛盾。对于焦耳定律，我们要注意公式成立的条件，不能片面地从数学角度来 理解并得出结论。(1)由欧姆定律IU R和焦耳定律 QI 2Rt 可得QU 2 Rt，由推导式可知，在 电压一定时，电阻越小，单位时间内产生的热量越多；(2)由QI 2Rt 可知，在电流相同时， 电阻越大，单位时间内产生的热量越多。 4 4QI 2Rt 是焦耳定律的公式，可以适用于任何电路，而QU
14、 2 RtUIt 是由欧姆定律和焦耳 定律推导出来的。欧姆定律的适用范围是电能全部转化为内能的电路，所以QU 2 RtUIt 也 只适用于电能全部转化为内能的电路。 典例 2 2解：(1)由表中数据可知，低温挡的功率P低温200 W，由公式PUI可得，在低温 挡工作时，电路中的电流I低温P 低温 U 200 W 220 V0.9 A。 (2)当开关 S1断开、S2闭合时，电路中为R2的简单电路，因为R1R2，电路中的电阻值在R1 和R1、R2并联后的阻值之间， 因此电炖锅处于中温挡， 由公式PU 2 R可得， R2 U 2 P中温 （220 V） 2 400 W 121 。 (3)消耗的电能W
15、 15 1 800 kWh310 4 J，实际功率 P实W t 310 4 J 60 s 500 W600 W。 差异的原因可能有： 实际电压低(或在用电高峰时测量)； 电热丝的阻值不符合设计要求； 电能表测量存在误差等。 解析：根据公式PU 2 R可知，在电压一定时，电功率与电阻成反比，电阻最大时，电功率最 小为低温状态；电阻最小时，电功率最大，为高温状态；处于二者之间时为中温挡。再结合 已知条件，选择公式进行解答。 想一想 有两个关键点： 关键点一：首先要知道如何正确判断出电热器的挡位，一般来说，电热器通常有高温挡和低 温挡，根据电功率的公式PU 2 R可知，当电压一定时，电阻越大，电功率
16、越小；电阻越小， 电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。 关键点二：明确不同挡位的电热器结构。除了例 2 中所示电路，常见的电路结构如图所示两 种。 针对训练 2 2解：(1)高温挡时，由机器铭牌可知，电流为 5 A，电压为 220 V，则QWUI高t220 V5 A60 s66 000 J； (2)高温挡时，只R1接入电路，由欧姆定律得R1 U I高 220 V 5 A 44 ； (3)低温挡时，两电阻串联，低温挡总功率PUI低220 V2 A440 W， R1的功率P1I 2 低R(2 A) 244 176 W， 所以电烘箱在低温挡正常工作时，R2的功率P2PP1440 W1
17、76 W264 W。 解析：(1)知道高温挡时的工作电压和电流，由QWUIt可求得高温挡时产生的热量；(2) 高温挡时，只有R1工作，已知高温挡时的电压和电流，根据欧姆定律可求得R1的阻值；(3) 低温挡时，两电阻串联，由PUI求出低温挡总功率，由PI 2R 求出R1的功率，则它们的 差即为R2的功率。 达标检测 1 1C 解析：因为U220 V，所以三种用电器的实际功率PP额100 W；又因为WPt， 所以三种用电器消耗的电能相同； 由于电视机将大部分电能转化为光能和声能， 电风扇中的 电动机将大部分电能转化为机械能， 电烙铁将电能全部转化为内能， 所以产生热量最多的是 电烙铁。 2 2B
18、解析：由图知，两电阻丝串联，所以通过两电阻丝的电流和通电时间相等，根据公式 QI 2Rt，则产生的热量之比等于电阻之比 23。 3 32 解析：已知电阻、通电时间与产生的热量，由焦耳定律的公式QI 2Rt 可以求出电流 大小。 4相等 小 解析：电炉在使用时，电炉丝和导线串联，由串联电路特点知I电炉丝 I导线，通电时间t相同，根据QI 2Rt，因为 R电炉丝R导线，所以电流产生的热量Q电炉丝Q导 线，因此出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却几乎不发热的现象。 5 5解：(1)在串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以RR1R24 8 12 ； 电流表的示数为IU R 12 V 12 1 A； (2)QI 2R 2t(1 A) 28 10 s80 J。
