新人教版初中物理《焦耳定律.ppt

焦耳定律 第六章第3节 生活中 许多用电器通电后 都伴有热现象产生 请举例说明 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 一 电流的热效应 电炉丝和导线通过电流相同 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 想想议议 电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关 演示实验 实验装置 实验1 研究电热与电阻关系 在电流相同 通电时间相同的情况下 电阻越大 这个电阻产生的热量越多 实验2 研究电热与电流关系 在电阻相同 通电时间相同的情况下 通过一个电阻的电流越大 这个电阻产生的热量越多 观察实验 焦耳 JamesPrescottJoule 1818 1889 英国物理学家 用近40年的时间做了400多次实验 研究热和功的关系 通过大量的实验 于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流 电阻和通电时间的关系 焦耳 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 Q I2Rt3 单位 焦耳 J 二 焦耳定律 注意 1 公式中的Q I R t各物理量针对的是同一段导体而言的 2 Q是I的二次方成正比 3 计算时各物理量的单位 I 安 R 欧 t 秒 Q 焦 4 焦耳定律理论推导 因为W Q且W UItU IR所以Q W UIt IR It IRt5 焦耳定律公式扩展 Q W Pt UIt 只适用于纯电阻电路 2 U 2 R t 在纯电阻电路中 这两个公式是通用的 把电能只转化为热能 在非纯电阻电路中 W IUt公式求得的是总消耗的电能 Q I2Rt公式求得的是在总电能中部分转发为热能的能量 即 W Q 三 电能和电热关系 1 当电流通过导体时 如果电能全部转化为内能 而没有同时转化成其他形式的能量 那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W 即Q W UIt I2Rt如 电暖器 电饭锅 电炉子等 2 当电扇工作时 消耗的电能主要转化为电机的机械能 W Q热 Q I2Rt 0 6A 2 60W 300s 6480J 一根60 的电阻丝接在36V的电源两端 在5min内共产生多少热量 答 在5min内共产生6480J热量 解 例题 1 电热的利用 利用电热孵化器孵小鸡 用来加热 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 四 电热的利用和防止 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高 如 电视机的后盖有很多孔 为了通风散热 电脑运行时要用微型风扇及时散热等等 2 电热的危害 典型例题解析 例1 用电炉烧水时 电炉丝热得发红 而跟电炉丝连接着铜导线却不怎么热 这是为什么 电炉的电阻丝和铜导线是串联在同一电路中的 所以通过的电流是相同的 时间也是相同的 根据焦耳定律Q I2Rt可知 当两导体中电流和通电时间均相同时 电流产生的热量与导体的电阻成正比 由于电炉的电阻丝的电阻比铜导线的电阻大得多 所以电炉丝产生的热量比铜导线要大得多 例2 一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V 线圈的电阻为2 通过线圈的电流为10A 这台电动机正常工作时 一秒钟消耗的电能为 J 产生的热量为 J 3800 200 例题3一根60 的电阻丝接在36V的电源上 在5min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 再用焦尔定律公式计算电流产生的热量 U R U R U R 典型例题解析 例4 在如图9 3 1所示的电路的方框内有一种发热装置 它是由三段阻值相同的电热丝组成 这个发热装置的电路与方框外的电路相连接 当开关S掷到A点时为高温 掷到B点时为低温 电源电压不变 且在相同时间内 高温时产生的热量是低温时产生的热量的2倍 试在方框内画出它的电路图 图9 3 1 答案 典型例题解析 1 电流通过导体时产生的热量跟 成正比 跟导体的 成正比 跟 成正比 这个规律叫做焦耳定律 数字表达式是 2 电热器是利用电流的 效应制成的 它的主要部件是 电流流过电热器所做的功全部用来产生 3 有两根金属电阻丝 电阻分别为5 和15 将它们串联后接在一个电源两端 它们的电压之比为 在相同的时间内产生的热量之比为 如果将它们并联同一电源两极间 通过它们的电流之比为 在相等的时间内产生的热量之比为 电流的平方 电阻 通电的时间 Q I2Rt 热 发热体 热量 1 3 1 3 3 1 3 1 当堂检测 4 在两根横截面积相同 长度不同的镍铬合金线两端分别加上相同的电压 那么下列说法中正确的是 A 长的镍铬合金线电阻较大 相同时间内产生的热量较多B 短的镍铬合金线电阻较大 相同时间内产生的热量较多C 长的镍铬合金线电阻较大 相同时间内产生的热量较少D 短的镍铬合金线电阻较小 相同时间内产生的热量较少5 一根电阻丝接在电压U 5V的电源上 在1s内产生的热量是2J 要让该电阻 其电阻大小恒定不变 产生8J的热量 可采用的办法是 A 使电源电压变为10V 通电时间仍为1SB 使电源电压仍为5V 通电时间变为2SC 使电源电压变为20V 通电时间变为SD 使电源电压变为10V 通电时间变为2S C A 课时训练 6 研究焦耳定律的实验装置如图9 3 4所示 在两个相同的烧瓶中装满煤油 瓶中各放一根电阻丝 甲瓶中电阻丝的阻值比乙瓶中的电阻大 实验分三步进行 其中第一步为 接通电路一段时间 比较甲 乙两瓶中的煤油哪个上升得高 这一步是在什么情况下研究热量跟哪个物理量的关系 A 是在通电时间相同的情况下 研究热量跟电流的关系B 是在电流相同的情况下 研究热量跟通电时间的关系C 是在电流相同但电阻不同的情况下 研究热量跟通电时间的关系D 是在电流和通电时间相同的情况下 研究热量跟电阻的关系 D 图9 3 4 课时训练 图9 3 4 课时训练 7 如图9 3 5所示 a b相同容器中分别装有相同质量的水 水中的电阻丝的阻值分别为R1和R2 且R1 R2 则闭分开关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容器中的水温上升的快慢一样D 无法判断 B 图9 3 5 8 有一个电阻值可任意选取电源 有若干根电阻相同的电阻丝 现将1根电阻丝接在电压为U的电源上 1min内电阻丝产生的热量为Q现想要使电阻丝产生的热量为3Q 可采取什么方法 至少写出二种 9 把两个阻值为R1 6 R2 9 的电阻串联在电路中 通电相同时间时 R1 R2上产生的热量之比Q1 Q2 若并联在电路中 通电相同时间 R1 R2上产生的热量之比Q1 Q2 提示 从时间上考虑 从电阻上考虑 从电压上考虑 2 3 3 2 电热器 利用电流的热效应制成的加热设备 1 电热器的主要组成部分 发热体 2 发热体一般由电阻率大 熔点高的金属丝绕在绝缘材料上做成的 3 电热器的优点 清洁 无污染 热效率高且便于控制和调节 课后作业 1 某同学自制了一个 电热驱蚊器 它的发热元件是一个阻值为1 0 104 的电阻 将这个电热驱蚊器接在电源的两端 当电源两端电压为220V时 1min内产生的热量的 J 2 一个标有 220V 500W 字样的电加热器 俗称 热得快 正常工作20分钟产