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Ｉ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Ｒ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Ｉ大小有关，并且电流Ｉ越大，电流产生热量越多。相同时间内通过R的电流为Ｉ，移动R0的滑片,使通过R的电流为0.5Ｉ。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Ｒ大小有关，并且电阻Ｒ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(Ｑ＝Ｉ２Ｒt)总结论焦耳（1818～1889），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=IRQ=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20Ω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___Ω。3.一个200Ω的电阻通电2min，电阻上消耗的电能是4.5×104J,则通过电阻的电流是______。600J600J501.37A5.两个电热器的电阻之比为4︰3，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1︰3，在相等的时间里产生的热量之比为______。4︰31︰94.一个40Ω的电阻，通过0.3A的电流，则通电______min释放热量为2160J。106.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：电流通过导体时电能转化为热能的现象。2.电热器：利用电流的热效应工作的用电器。3.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。公式：Q=I2Rt。只要不放弃努力和追求，小草也有点缀春天的价值。