【志鸿全优设计】九年级物理全册 第十八章 电功率 18.4 焦耳定律讲解与例题（含解析）（新版）新人教版.doc

18.4焦耳定律1电流的热效应1电流的热效应：电流通过导体时，导体总是要发热的，即电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。电流通过导体时产生的热量称为电热。2应用：像电炉、电饭锅、电灯等电热器就是利用电流的热效应来工作的。谈重点 电热器电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大，熔点高的合金丝绕在绝缘材料上做成的。【例1】 下列各装置中，利用电流的热效应工作的是()a电动机 b电炉子c电磁铁 d发电机解析：电流的热效应是指利用导体通电发热的现象，利用这一现象工作的仪器只有电炉子。答案：b2.影响电热多少的因素设计实验：(1)怎样比较通电导体产生热量的多少？如果将一段电阻丝浸没在一定质量的液体(如煤油)中(如图)，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。导体产生的热量越多，液体吸热后温度的升高也越大。因此，我们可以通过比较相等质量的同种液体温度的升高来比较电阻丝发热量的多少。(2)要研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响，可以选择两个阻值不同的电阻丝(如电阻较小的铜丝和电阻较大的镍铬合金丝)。实验时，需控制通过两个电阻丝的电流大小相等，为此，可以将它们串联在电路中。此外，还应当控制它们的通电时间相等。(3)要研究导体中电流的大小对产生热量的影响，应该使电阻丝的阻值不变，而使通过电阻丝的电流大小改变。实验时，只要调节串联在电路中的滑动变阻器，就可以改变电路中电流的大小。进行实验：(1)按下图所示的电路图连接电路，通电一定时间后切断电源，分别观测不同电阻丝所在液体温度的变化。(2)保持通电时间相同，调节滑动变阻器改变通过电阻丝的电流大小，观测其中一根电阻丝(如镍铬合金丝)所在液体温度的变化。(3)延长通电时间，观测液体温度的变化实验结论：电流通过电阻丝时产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。导体的电阻越大、通过导体的电流越大、通电的时间越长，电流通过导体时产生的热量越多。析规律 转换法和控制变量法转换法：将不易直接观察的现象通过直观现象再现出来，这种方法叫转换法，如实验中将电流产生的热量的多少通过温度计的示数变化再现出来。控制变量法：在物理学中，一个物理量可能与多个因素有关，在研究某一物理量与某一个因素之间的关系时，应采用控制变量法。因此在探究产生电热多少与电阻大小关系时，必须在电流大小和通电时间相同的情况下比较。【例2】如图所示电路中，a、b、c三烧瓶中分别装有等质量的水或煤油，瓶内电阻丝电阻的大小关系为rarbrc，瓶中均插有同型号的温度计，则下列说法中正确的是()a闭合s3，断开s1、s2，可用于探究电热与电阻的关系b闭合s3，断开s1、s2，可用于比较不同液体的比热容c闭合s1、s2，断开s3，可用于探究电功与电流的关系d闭合s2，断开s1、s3，可用于探究电热与电阻的关系解析：a中情况下，有两个物理量不同，即液体与电阻，没有采用控制变量法，故a、b错；同理可判断c错误；d中瓶中的液体与电流相等，只有电阻不同，是探究电热与电阻的关系，因此答案为d。答案：d3焦耳定律(1)内容：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。(2)公式：qi2rt。q表示电流通过导体产生的热量，单位是j；i表示通过导体的电流，单位是a；r表示导体的电阻，单位是 ；t表示通电时间，单位是s。【例3】 如图，电动机m的线圈电阻为0.5 ，当s断开时，电流表读数1 a，当s闭合时，电流表读数3 a。问：(1)电阻r为多大？(2)电动机的机械功率为多大？(3)电动机工作2分钟，电动机线圈产生了多少热量？解析：此题为电动机与多电路图问题的结合类问题，涉及电路开关闭合和断开时两种状态下的情况下电路图的改变，并结合了电动机问题。考查了学生对电动机电功率和理解及动态电路中各个物理量之间的关系换算。(1)当s断开时，只有r连入电路中，则ru/ir10 v/1 a10 (2)电动机与电阻r并联，则通过电动机的电流为i动i总ir3 a1 a2 a电动机将电能转化为内能和机械能，因此p机械p电p热uii2r10 v2 a(2 a)20.5 18 w(3)由焦耳定律可得qi2rt(2 a)20.5 260 s240 j答案：(1)10 (2)18 w(3)240 j4电热的利用与防止(1)电流的热效应最重要的应用就是电热器，另外还可解释一些与电热有关的现象，如电炉丝的电阻比导体的电线大得多，为什么电炉丝热的发红，而跟电炉丝串联的导线却几乎不发热，这是由于电炉丝与导线串联时，通过它们的电流和通电的时间相同，根据焦耳定律可知，电阻越大，产生的热量越多，即发热功率越大的原因。(2)防止电热的危害：事物总是一分为二的，有些电热现象对人们有利，而有些电热现象对人们有害，如电视机工作时为了不使它的内部元件温度过高而损坏，人们在电视机的后盖上留有很多孔，俗称散热窗。电动机在制造时，除了外壳上有一些突起便于散热外，还有风扇散热；我们用的计算机内一般也有23个电风扇进行散热。【例4】家用电器(如电视机)连续使用较长时间，要停一会再用，特别是在夏天，这是为什么？答案：因为电流通过电器元件时，由于电流的热效应而发热，工作时间越长，发热越多，尤其夏天外界温度高，散热慢，为了散热，防止电器温度过高而烧毁元件，所以要停一会儿再用。5电热与电功的区别与联系(1)纯电阻电路，就是指电路中只有电阻的电路，不含有电动机或电解槽等，从能量转化的角度看，纯电阻电路只将电能转化为热能(内能)，而电动机除将少量电能转化为热能外，电能主要转化为机械能；电流通过电解槽时，除将部分电能转化为热能外，还有部分电能转化为化学能。(2)电流通过导体时，如果电能全部转化为热，而没有转化为其他形式的能，那么电流产生的热量就等于消耗的电能，即qwptuitt。(3)只有纯电阻电路中，电能才全部转化为热，qw才成立。【例5】一电动机线圈的电阻为1 ，线圈两端所加电压为2 v时，电流为0.8 a，电动机正常工作。(1)在求电动机正常工作1 min所消耗的电能时，有以下两种不同的解法小明解：wuit2 v0.8 a60 s96 j小华解：wi2rt(0.8 a)21 60 s38.4 j你认为哪位同学做得对，请作出判断并说明理由。(2)求电动机正常工作1 min所转化的机械能是多少？解析：电动机是将电能转化为机械能的用电器，其中有少部分电能转化为线圈的热能，即wqw机，其中wuit是电流通过电动机时消耗的电能即电流做的功，而qi2rt是电流通过线圈时电流转化为电热的多少。w和q是两个不同的物理量，在电热器一类的用电器中，wq。正确解答：(1)小明对因为电动机工作时电能没有全部转化为内能，大部分电能转化为机械能，所以电动机工作时电功大于电热(或电动机的电流与电压、电阻之间的关系不满足欧姆定律)(2)1 min内这台电动机所转化的机械能wwq96 j38.4 j57.6 j6关于电热器中的挡位问题电热器一般都有多个挡位，挡位是以功率的大小来区别的，一般情况下高温挡的功率大，电阻小，而低温挡的功率小，电阻大。例如：某电饭锅设有“加热”和“保温”两挡，其内部简化电路如图所示，当开关s置于“1”挡时，电饭锅处于_(选填“加热”或“保温”)状态；若电饭锅保温与加热时总功率之比为150，则电阻r0和r1的比值为_。解析：开关s置于“1”挡时，r0与r1串联，总电阻较大，根据p知，总功率较小，为保温状态；开关s置于“2”挡时，r1短路，电路中只有r0，总功率较大，为加热状态；根据p保温p加热，得出。辨误区 电热器的使用在使用家用电器时，不管是使用高温挡，还是使用低温挡，电热器两端的电压是不变的，即为家庭电路电压220 v。【例6】 某种家用电熨斗为适应不同衣料的熨烫，设计了调节温度的旋钮式多挡开关。其电路简图如图甲所示，两电阻丝的阻值r1r2121 ，旋转多挡开关的旋钮可以改变1、2、3、4四个接线点之间的连接情况，从而使电熨斗被加热到所需温度。图乙给出了四个接线点之间的一种有效连接方式。(1)请画出其他的有效连接方式，并由此分析说明该电熨斗共有几个调温挡位；(2)计算该电熨斗正常使用时的最小功率和最大功率。答案：(1)如图所示，四个连接点的有效连接方式共六种，图中两电阻丝串联，电阻最大，功率最小，为低温挡；图、图、图中只有r2连在电路中，图中只有r1连在电路中，因为两电阻丝阻值相等，所以图的连接是等效的，为同一挡，即中温挡；图中两电阻丝并联，电阻最小，功率最大，为