《焦耳定律》课件

第六章

电功率第3节

焦耳定律1.通过实验理解焦耳定律，并能运用公式进行简单计算。2.通过探究电流的热效应跟电阻、电流的关系，学习控制变量法，了解电热的利用和防止。电流通过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发光。这种电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。1.电流的热效应电流通过导体时电能转化成内能的现象。2.探究电流热效应的影响因素(1)实验方法：转换法、控制变量法。实验详解1.转换法：(1)通过U形管两边液面高度的变化来反映密闭空气温度的变化，从而反映电阻丝产生热量的多少；知识点1电流的热效应与什么因素有关(2)通过观察玻璃管中液面高度的变化来反映产生热量的多少；(3)用温度计测量液体温度的升高情况来观察产生热量的多少；(4)通过气球的膨胀程度来反映产生热量的多少等。2.

控制变量法：实验一是通过串联保证通过导体的电流相同；实验二中，控制导体电阻和通电时间相同，调节滑动变阻器的滑片，从而改变通过导体的电流，探究电热与电流的关系。(2)实验方案设计实验一：如图所示，R1≠R2，可探究电流通过导体时产生热量的多少与导体的电阻的关系。实验二：如图所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与电流的关系。实验三：如图所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与通电时间的关系。(3)实验结论实验一结论——在通过导体的电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多。实验二结论——在导体的电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大产生的热量越多。实验三结论——在通过导体的电流和导体的电阻相同的情况下，通电时间越长产生的热量越多。如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。(1)实验中通过观察_____________________的变化来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是______(填序号)。①探究物体的动能跟哪些因素有关②探究杠杆的平衡条件液面的高度差①解析：实验中通过观察液面的高度差的变化来反映电阻产生热量的多少，这是转换法；探究物体的动能跟哪些因素有关的实验中，用木块在水平面上被推开的距离的长短来反映物体的动能的大小，也是转换法，故选①。(2)连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示，表明在电流和通电时间相同的情况下，______越大，产生的热量越多。电阻解析：在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。(3)图中U形管______(填“是”或“不是”)连通器，乙图装置中R3

与R2并联，目的是使通过R1

与R2

的______不同。不是电流解析：图中U形管只有一侧上端开口，不是连通器；乙图装置中，R1=R2=R3，其中R3

与R2

并联，根据并联电路的电流关系可知，目的是使通过R1

与R2

的电流不同。(4)某小组在利用图乙装置实验时，发现左右两侧U形管液柱上升高度相同，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好，请你分析实验现象不同的原因可能是：

____________。电阻R3

断路解析：在利用乙图装置进行实验时，发现左右两侧U形管液面上升高度相同，说明两侧产生的热量相等，即R左=R

右。故实验现象不同的原因是电阻R3

断路。特别提醒实验中用电阻丝对空气加热可以缩短实验时间，并会使实验现象更加明显。实验中应使两容器密闭且封闭等量的空气，不能漏气。思想方法在填充实验结论时，也可以依据教材已有的结论来填充，这里采用的是逆向思维法。1.内容电流通过导体时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。2.焦耳定律公式及各物理量的单位公式Q=I2Rt物理量及单位电流IA电阻RΩ通电时间ts热量QJ知识点2焦耳定律(1)公式的意义：公式反映的是电流通过导体时产生热效应的规律，定量地揭示了电能转化为内能的规律。(2)适用范围：公式是由实验总结出来的，只要是电流所产生的热量，都可以利用这一公式进行计算。

4.在纯电阻电路中，电热与电阻的关系(1)在只有R1

和R2

的串联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成正比，即Q1

∶Q2=R1∶R2。(2)在只有R1和R2

的并联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成反比，即Q1∶Q2=R2

∶R1。拓展培优电功与电热的关系：概括地说，电功和电热是整体与局部、全体与部分的关系。1.当电路中接入的是电炉、电烙铁、电饭锅、电水壶等“纯电阻”用电器时，消耗的电能全部转化为内能，即W=Q。此时，电功和电热计算没有区别。2.当电路中接入的是电动机等用电器时，其消耗的电能主要转化为机械能，只有较少一部分转化为内能，即W

＞Q。在如图所示的电路中，接通电源，通电一段时间后，_____(填“左”或“右”)侧U形管液面高度的变化较大，若通过甲容器中电阻丝的电流是2A，则乙容器中电阻丝在1min内产生的热量是_____J。左300解析：右边两个5Ω的电阻丝并联后再与左边5Ω的电阻丝串联，根据串并联电路的电流规律可知，通过甲容器中电阻丝的电流I甲比通过乙容器中的电阻丝的电流I乙大，且I甲=2I乙，甲、乙两容器中的电阻丝阻值相等，根据焦耳定律Q=I2Rt

可知，通电一段时间后，甲容器中电阻丝产生的热量多，故左侧U形管液面高度的变化较大；I甲=2A时，I乙=1A，乙容器中电阻丝在1min内产生的热量Q=I乙2Rt=(1A)2×5Ω×60s=300J。特别提醒运用公式计算电热比较简单，但需要注意以下两个问题：1.代入各物理量的数据时，需将其单位换算成符合要求的单位。2.本例中有两个电阻值，代入电阻数据计算时，不要用错数据。电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是锅内的水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅的电路图，R1

是一个电阻，R2

是加热用的电阻丝，则自动开关S闭合时，电饭锅处于______(填“加热”或“保温”)状态。一个正常工作时电功率是450W的电饭锅，在正常工作时，每分钟产生的热量为_________J。加热2.7×104

方法点拨只有在纯电阻电路中，电热Q

和电功W

的数值才相等。在电热的计算中，只要载体是电热器，如果已知电功率，就可以利用推导式Q=W=Pt进行计算。1.电热器的工作原理电流的热效应。2.电热器的主要结构发热体。发热体是由导电性差、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。其中，绝缘体材料可将电阻丝与电热器的外壳隔开，防止触电和漏电。知识点3电流热效应的利用与防止3.常见家用电热器电饭煲、电熨斗、电烤箱等。4.电热器的优点(1)清洁卫生，没有环境污染；(2)效率高；(3)可以方便地控制和调节温度。5.电热的危害(1)

由于电流的热效应会使用电器的温度升高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器；(2)造成电能输送过程中的电能损失。6.防止电热危害的方法(1)安装散热风扇；(2)安装散热片；(3)安装散热窗。拓展培优1.白炽灯的工作原理是电流通过灯丝时，电能转化为内能，从而使灯丝的温度升高，达到发光的程度。LED灯是利用半导体材料的特性，让电能直接转化为光能，不用先转化为内能。LED灯因为原理不同，发光效率比白炽灯高很多。2.白炽灯工作时将电能转化为光能的大致比例为10%，一般节能灯的发光效率为30%，所以使用节能灯可大大节约电能。下列属于防止电流热效应产生危害的实例是（）A.家里使用电热水壶烧水B.利用电视机后盖的小孔散热C.家里使用电饭锅煮饭D.小佳妈妈使用电熨斗熨衣服

方法点拨：紧扣电流热效应的利用与防止进行分析。答案：B解析：电视机后盖上的小孔，可以加速散热，从而防止电热的危害。使用电热水壶烧水、电饭锅煮饭、电熨斗熨衣服，都主要将电能转化为内能，属于利用电流的热效应。方法点拨1.识别是利用电热还是防止电热的危害，主要看使用某电器或相应装置某种设计的目的，如果目的是方便散热，那么属于防止电热的危害；如果是利用电流产生的热量，那么属于利用电热。2.也可熟记利用电热和防止电热危害的常见实例，从而解题。1.电流通过导体时，电能转化为热的现象，叫电流的热效应。2.焦耳定律：Q=I2Rt3.电流热效应的利用和危害一、电流的热效应1.电流的热效应:电流通过导体时电能转化为

。

2.影响电流热效应的因素:导体的电阻、通过导体的电流、

。

二、焦耳定律1.焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟__________________

成正比,跟导体的

成正比,跟

成正比。

2.焦耳定律公式:Q=

。

3.电热和电能:电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,则

=

。

三、电热的利用和防止1.电热的利用:电热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。2.电热的防止:电视机的散热窗、微机风扇等。内能

通电时间

电流的二次方

电阻

通电时间

I2RtQW

一、电流的热效应1.下列家用电器中,利用电流热效应工作的是(

)A.电风扇

B.电视机C.电热水壶 D.电冰箱C电风扇工作时主要将电能转化为机械能,不是利用电流热效应工作的,A不符合题意;电视机工作时主要将电能转化为光能与声能,不是利用电流热效应工作的,B不符合题意;电热水壶工作时主要将电能转化为内能,是利用电流热效应工作的,C符合题意;电冰箱工作时主要是把电能转化为机械能,不是利用电流热效应工作的,D不符合题意。二、焦耳定律2.当电源电压一定时,为了使电炉的电热丝在相等的时间内发热量增加,可采取的措施是(

)A.增大电热丝的电阻B.减小电热丝的电阻C.在电热丝上并联电阻D.在电热丝上串联电阻

B在电压一定的条件下,根据

可知,减小电热丝的电阻才可

增加电功率,即在相同的时间里发热多,故选项B正确。3.阻值为50Ω的定值电阻R接在电源两端,通过电阻R的电流为0.2A,10s内电流产生的热量是

J。20解析

通电10

s产生的热量Q=I2Rt=(0.2

A)2×50

Ω×10

s=20

J。三、电热的利用和防止4.