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第1节电能的获得和转化 第3课时 2 灯泡发光一段时间后 用手触摸灯泡有什么感觉 为什么 1 电风扇使用一段时间后 用手触摸电动机部分有什么感觉 为什么 答案 发烫 是电流的热效应 问题 五 电热 1 电流的热效应 电流通过导体时 导体会发热的现象叫做电流的热效应2 实质 电能转化为热能 灯泡接入电路中时 灯泡和电线中流过相同的电流 灯泡和电线都要发热 可是实际上灯泡热得发光 电线的发热却觉察不出来 这是为什么 烫手 不烫手 why 电流产生的热量与哪些因素有关 演示实验 实验装置 实验目的 研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关 实验原理 当电流通过电阻丝时 电流产生的热量就使瓶中的煤油温度升高 体积膨胀 瓶塞上面原来一样高的液柱就会逐渐上升 电流产生的热量越多 液面就会上升得越高 我们可以根据煤油在玻璃管里上升的高度来比较电流产生的热量 观看实验装置 实验演示过程 实验采用煤油的目的 煤油比热容小 在相同条件下吸热温度升高的快 是绝缘体 在通电电流和通电时间相同的条件下 电阻越大 电流产生的热量越多 在电阻和通电时间相同的条件下 电流越大 电流产生的热量越多 在通电电流和电阻相同的条件下 通电时间越长 电流产生的热量越多 1 2 3 实验分析 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 1 电流的热效应 电流通过导体时 导体会发热的现象叫做电流的热效应2 实质 电能转化为热能3 焦耳定律 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 公式 Q I2Rt 单位 I 安 R 欧 t 秒 Q 焦 注意 热量跟电流的平方成正比 若通过一个用电器的电流增加到3倍时 它产生的热量增大到倍 9 五 电热 电吹风机和电熨斗通电时都会发热 哪种电器可以认为将电能全部转化成内 热 能 若电流做的功全部用来产生热量 则Q W 思考 电能转化成内能和机械能 电吹风机 电熨斗 电能全部转化成内能 纯电阻电路 4 电热与电功的区别 通常情况下电流产生的热量Q仅是电流所做功W的一部分 非纯电阻电路 W总 Q 纯电阻电路 W总 Q 5 应用 定义 利用电流的热效应而制成的发热设备 举例 电饭褒 电熨斗 白炽灯 电热毯 电吹风 电烤箱等 原理 电流的热效应 组成 电热器的主要组成部分是发热体 发热体是由电阻率大 熔点高的合金制成 优点 清洁卫生没有污染 热效率高 方便控制和调节温度 电热器 6 电热的利用和防止 危害 电热的利用 a 制成电热器b 给用电器通电驱潮 电热的危害 a 烧坏电器b 使导线绝缘皮老化引起火灾c 浪费电能 防止措施 加快散热如加装散热系统 如各类电器的散热孔 散热片 电脑的散热风扇 或为了更好散热而特别设计的结构 问题 生活中是怎样防止电流热效应产生的危害的 电脑新型散热器 电脑水冷散热器2 电脑水冷散热器1 电脑主板新型散热风扇 问题 为什么输送电能时采用高压输电 电能的输送由焦耳定律Q I2Rt知道 在输电线上由于发热而损耗的电能跟电阻成正比 也跟电流的二次方成正比 因此 要减少电能输送时的损失 就要减小导线的电阻或者减小输送的电流 要减小导线的电阻 就要使导线粗 这样要消耗大量的金属材料 而且会给架线工作增加困难 因此只能从减小输电电流上想办法 这就是远距离输电必须采用高电压的原因 我国采用的输电电压有110kV 220kV 330kV和500kV 目前世界上正在试验的输电电压已经达到1150kV 大型发电机发出的电压有10 5kV 13 8kV 15 75kV 18 0kV 都不符合远距离送电的要求 因此 要在发电站内用升压变压器升压后再向远距离送电 如果输电电压是220kV或330kV 到了用电区 先在一次高压变电所降到110kV 再由二次高压变电所降到10kV 其中一部分送往需要高压的工厂 另一部分送到低压变电所降到220V 380V送给一般用户 下列家用电器 铭牌上的字样为 220V40W 其中产生热量最多的是 A 普通灯泡B 电风扇C 电烙铁D 一样多 灯泡的灯丝断了搭上以后 灯会比原来更亮原因是 灯丝搭上以后灯丝粗了 电阻小了 如图a b两相同容器中分别装有相等质量的水 水中的电阻丝阻值分别为R1和R2 且R1 R2 则闭合开关S后 a b容器中水温上升较快的是 A a容器中的水B b容器中的水C a b容器中的水温上升快慢一样D 无法判断 一台电风扇 其线圈电阻约为5欧 现接入220伏电路中 正常工作时电流约为4安 求 1 1分钟电风扇产生多少热量 2 1分钟内有多少电能转化为机械能 两电阻串联在电路中 其R1 3欧 R2 6欧 电源电压6伏 那么在1分钟时间内电流通过各电阻产生的热量是多少 总共产生了多少热 两电阻并联在电路中 其R1 3欧 R2 6欧 电源电压6伏 那么在1分钟时间内电流通过各电阻产生的热量是多少 总共产生了多少热 有三个用电器 其中一个为 220V 60W 的电风扇 一个为 220V 60W 的白炽灯 另一个是 220V 60W 的电热器 都在额定电压下工作相同的时间 比较这三个用电器产生的热量是A 电风扇最多 B 白炽灯最多 C 电热器最多 D 都一样 问题1 灯泡接入电路中时 灯泡和电线中流过相同的电流 灯泡和电线都要发热 可是实际上灯泡热得发光 电线的发热却觉察不出来 这是为什么 分析 因为电线和灯串联 通过它们的电流是一样大 又因为灯的电阻比电线的大得多 所以根据焦耳定律Q I2Rt可知 在相同时间内电流通过灯产生的热量比通过电线产生的热量大得多 因此 灯泡热的发光 而电线却感觉不到热 焦耳定律的应用 显然 我们希望热量更多的集中在电炉的发热体上 而不是与电炉相连的导线上 根据今天所学的焦耳定律Q I2Rt 你对发热体和导线的材料有何建议 请你当回设计师 发热体 电阻率大 熔点高 导线 电阻率小 熔点高 七 知识迁移练习巩固 1 下列电器中不属于电热器的是 A电烙铁B电熨斗C电剃刀D电饭煲 下列情况中属于防止电热危害的是 A电视机背后有散热窗B家用电器长时间停用 隔断时间应通电一次 C家庭电路一般安装自动保护装置 当电流过大时 切断电路 大型爆破工作 用电热引爆炸药 某导体的电阻是 当通过的电流为 时 min产生的热量是 多少焦 解 Q I2Rt 2A 2 2 60s 480J 4 应用 电热器 电热器是利用电热的加热设备 原理 电热器的主要组成是发热体 发热体是电阻率大 熔点高的合金丝绕在绝缘体上制成的 电的热效应 例1 一根60 的电阻丝接在36v的电源上 在5分钟内共产生多少热量 分析 先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流 再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量 解 例题 例2 某电动机上标有 220V 2A 它的线圈电阻为5 当它正常工作一分钟后 消耗的电能为多少 线圈中产生的热量为多少 如没有其他能量的损失 则得到多少的机械能 解 消耗的电能为 W总 UIt 220V 2A 60S 26400J 线圈中产生的热量为 Q I2Rt 2A 2 5 60S 120J 得到的机械能为 W机 W总 Q 26400J 120J 25200J 例题 江苏科技版 江苏科技版 江苏科技版 江苏科技版 江苏科技版 江苏科技版 焦耳定律是反映电流的效应的规律 即能转化为的规律 一电炉的电阻是100 通电时间10秒钟产生的热量为4 105J 通过这个电炉的电流是A 电流通过电风扇做功时 能转化为能和能 如果电流做功3 6 106J 电风扇获得的机械能一定3 6 106J 练习 如图所示 电源电压为220V 且保持不变 R为 220V 25W 的电烙铁 L为 220V 40W 的灯泡 求 1 当S闭合时 电烙铁在1min内产生的热量 2 当S断开时 电烙铁在1min内产生的热量 220V 练习 焦耳在1818年12月24日生于英国曼彻 斯特 他的父亲是一个酿酒厂主 焦耳自幼 跟随父亲参加酿酒劳动 没有受过正规的教 育 青年时期 在别人的介绍下 焦耳认识 了著名的化学家道尔顿 道尔顿给予了焦耳 热情的教导 焦耳向他虚心的学习了数学 哲学和化学 这些知识为焦耳后来的研究奠 定了理论基础 1840年 焦耳把环形线圈放 入装水的试管内 测量不同电流强度和电阻时的水温 通过这一实验 他发现 导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比 四年之后 俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果 从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性 因此 该定律称为焦耳 楞次定律 焦耳活到了七十一岁 1889年10月11日 焦耳在索福特逝世 后人为了纪念焦耳 把功和能的单位定为焦耳 两个相同的烧瓶中装满煤油分别放入电阻不同的电阻丝通电后导管中的煤油上升 转换法 前面两个现象的解释 1 第一个为什么因为灯泡和电线流过相同的电流 灯泡发光时的电阻比电线的电阻大得多 根据焦尔定律Q I2Rt可知 在相同的时间内电流通过灯泡产生的热量比通过电线产生的热量大得多 因此 灯泡热得发光 电线的发热却察觉不出来 第二个为什么大功率的用电器用电线连接在照明电炉中时 由于照明电路的电压是一定的 从P UI可知 在电线的电阻相同的情况下 跟用电器相连的电线中通过的电流比跟灯泡相连的电线中通过的电流大得多 根据Q I2Rt可知 在相同的时间内电流通过跟用电器相连的电线产生的热量比通过跟灯泡相连的电线产生的热量大得多 因此跟用电器相连的电线显著发热 有可能烧坏它的绝缘皮 甚至引起火灾 2 讨论 想想议议 从前面学习知道 额定电压相同的灯泡 额定功率越大 电阻越小 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 根据焦耳定律和欧姆定律 电流通过用电器的单位时间内产生的热量为Q t I2R或Q t U2 R 其中Q t I2R表示通过用电器的电流相等时 用电器电阻越大 单位时间内产生的热量越多 Q t U2 R表示用电器的两端的电压相等时 用电器电阻越小 单位时间内产生的热量越多 因此 两者是不矛盾的 第23课时 考点整合 江苏科技版 6 电功率的测量 实验方法 伏安法测电功率 常用方法 用电能表测电功率 三 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 跟时间成正比 2 公式 Q I2Rt 3 导出公式 由I U R 由W Pt Q U2t R Q Pt 研究产生热量与电阻的关系 研究产生热量与电流的关系 电饭煲 白炽灯泡 电暖器 电炉子 电孵化器 电熨斗 水用管状电热器 设计实验 1 将一段铜丝与一段镍铬合金丝串联 并粘上等量的凡士林 通过观察凡士林熔化所用的时间长短进行比较 加热固体 2 在烧瓶A 中盛等量的煤油 温度计显示煤油的温度 烧瓶 中是铜丝 电阻较小 烧瓶 中是镍铬合金丝 电阻较大 两瓶中金属丝串联起来接到电源上 通电一定时间后 比较两瓶中煤油的温度变化 加热液体 把两烧瓶中密闭 中间插入带有水柱的细玻璃管 通观察管中水柱位置的变化来比较 加热气体 焦 电流通过导体产生的热与电阻的关系 控制变量法转换法 控制变量法转换法 条件 现象 结论 等量煤油 电流相同 时间相同 B瓶中温度上升的多 电流和通电时间相同时 电阻越大 产生的热量越多 探究实验 与电阻的关系 科学靠我们发现 探究 改进 科学永无止境 条件 通电时间相同 电阻相同 现象 电流大时 温度上升多 结论 在通电时间一定 电阻相同时 通过的电流越大 产生的热量越多 与电流的关系 i 探究实验 结论 在电阻相同 通过电流相同 通电时间越长 产生热越多 t 时间 科学靠我们发现 探究 改进 科学永无止境 焦耳定律 Q I Rt 热量电流电阻时间 JA S 公式 意义 单位 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 焦耳 1818 1889 科学靠我们发现 探究 改进 科学永无止境 探究 电流通过导体所产生热量的多少与哪些因素有关 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 猜想 设计实验 制定计划 进行实验 实验结论 1 影响因素有多个 应当选用 法 2 产生的热量不能直接测量 如何比较产生热量的多少 RIt 控制变量 替代法 判断 下列电器哪些是电热器 哪些不是 电风扇 电烙铁 电视机 电饭锅 电炉 电脑 电熨斗 电流热效应的利与弊 优点 无