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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R1=5ΩR2=10ΩA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I=2I1IAR=5ΩR=5ΩR=5ΩI1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)2U2Rt①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②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：WQ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热电能内能+机械能Q=I2Rt=(0.6A)2×60W×300s=6480J一根60Ω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I===0.6AUR36V60Ω1．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2Ω，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.3800200例题3一根60Ω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。UR＝解：I＝36V60Ω＝0.6AQ=I2Rt=(0.6)2×60×300J=6480JUR解：I＝36V60Ω＝0.6AUR解：I＝36V60Ω＝0.6A＝解：I＝36V60Ω＝0.6A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5Ω和15Ω，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∶31∶33∶13∶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2SCA21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9-3-58、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＝6Ω，R2＝9Ω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：①从时间上考虑；②从电阻上考虑；③从电压上考虑。2:33:2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1.0×104Ω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分钟产生的热量为______焦.假若电加热器放出的这些热量全部被水吸收，在标准大气压下____(填“能”或“不能”)将质量为2千克20℃的水加热至沸腾.3.阻值为R的电热丝接到电压不变的电源上，3分钟可以使一杯水烧开，现换用阻值为2R的电阻，再接到此电源上，__分钟可以使同样的一杯水烧开.290.4不能6×1056