第四节科学探究：电流的热效应

第四节科学探究：电流的热效应,1.知道并会探究电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。,2.掌握焦耳定律的内容及其数学表达式。,3.了解电功与电热的关系。,电油炸锅,电饭煲,电熨斗,电取暖器,电烤箱,电热水器,电烙铁,电热水壶,电热毯,这些常见家用电器的共同特点：1.电流通过导体时电能转化为热能的现象叫做电流的热效应。2.利用电流的热效应工作的电器叫做电热器。3.电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。,优点：清洁、无污染、热效率高，便于控制和调节等优点。缺点：浪费电能，造成电线老化,影响用电器使用寿命。,电流的热效应有什么利和弊？,电流的热效应与哪些因素有关？,点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？,导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不是很热？说明什么？,控制电流I、时间t相同:研究电阻R变化对电热Q的影响,控制电阻R、时间t相同:研究电流I变化对电热Q的影响,控制电阻R、电流I相同:研究时间t变化对电热Q的影响,控制变量法,探究实验用什么物理方法？,电流通过导体产热,其中所产生的热量既看不见也摸不着，如何测量呢？,既看不见也摸不着的科学量,既看得见也能测量的科学量,转化,转化,让电流产生的热量被气体（液体）吸收，通过观察气体（液体）的热膨胀（观察玻璃导管内的水柱升降）（温度计的示数）来测量。,控制电阻R、电流I相同:研究通电时间t变化对电热Q的影响,结论：在电阻通过电流相同时，电流产生热量多少与通电时间t长短有关，并且通电时间t越长电流产生热量越多。,每隔一分钟记录一下温度计的示数,控制电阻R、时间t相同:研究电流I变化对电热Q的影响,结论：在电阻和通电时间t相同时，电流产生热量多少与通过导体的电流大小有关，并且电流越大，电流产生热量越多。,相同时间内通过R的电流为，移动R0的滑片,使通过R的电流为0.5。比较R两次所产热的多少,控制电流I、时间t相同:研究电阻R变化对电热Q的影响,结论：在电流I和通电时间t相同时，电流产生热量多少与导体的电阻大小有关，并且电阻越大，电流产生热量越多。,电流通过导体所产生的热量与导体的电阻大小成正比，与电流的平方成正比，与通电时间成正比。,焦耳定律(t),总结论,焦耳（18181889），英国物理学家。1818年12月24日生于曼彻斯特附近的索尔福德，1889年10月11日卒于塞尔。,焦耳定律的发现者,焦耳定律的理论推导,电流通过纯电阻导体时所做电功W=UIt,电流通过纯电阻导体时所做电功全部转化为电热Q=W=UIt,对于纯电阻导体U=IR,Q=W=UIt=IRIt=I2Rt,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烫，电线的发热却觉察不出来。这是为什么?,灯泡的电阻比电线的大得多，产生的热量更多。,问题2.假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？,大功率用电器的电流过大，引起导线发热过多。,问题3.电路中负荷（总功率）过大有什么危险？为什么？电路中负荷过大时，使电路中电流增大，按Q=I2Rt计算，容易引起线路发热，甚至烧毁线路。,显然，我们希望热量更多地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？,发热体：电阻率大、熔点高导线：电阻率小、熔点高,请你当设计师：,电流热效应的利用,制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）制白炽灯制保险丝（要求保险丝材料电阻率大、熔点低）,导线上的热损耗应尽量减少。家用导线一般用电阻率很小的铜导线。高压导线又都是采用升高电压减少电流的方法来减少热损耗。预计未来导线可用超导体从而避免电流在导线上的热损耗。,无用的电流热效应应尽量减少,1.一个20的电阻，通过0.5A的电流2min，电阻上消耗的电能是_,释放热量为_。2.一个电阻通过0.2A的电流5min，电阻上产生的热量为600J，这个电阻的阻值是_。3.一个200的电阻通电2min，电阻上消耗的电能是4.5104J,则通过电阻的电流是_。,600J,600J,50,1.37A,5.两个电热器的电阻之比为43，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为_；若两个电热器的电阻相同，通过的电流之比为13，在相等的时间里产生的热量之比为_。,43,19,4.一个40的电阻，通过0.3A的电流，则通电_min释放热量为2160J。,10,6.当0.2A的电流通过一金属线时产生的热量为Q1，若使通过的电流增加到0.4A时，在相同的时间内产生的热量为Q2，那么Q2是Q1的()A.2倍B.4倍C.0.25倍D.0.5倍,B,动脑筋：,1.焦耳定律中有这样一句话“电流通过导体时产生的热量，跟导体的电阻成正比，”小李想：如果让电炉在一定时间里多放出热量，应增大电阻丝的电阻，他的想法对吗？为什么？,2.电风扇通电会发热，这些热量是人们希望得到的吗？电风扇的能量转化形式怎样？能否想办法减少电风扇的能量散失？,下列电器中应用电流热效应工作的是（）,A.白炽灯B.电熨斗C.电饭锅D.电风扇,ABC,实际问题,电炉丝热的发红，但跟电炉丝连接的铜导线却不怎么热，为什么？,1.电流的热效应：电流通过导体