18.4焦耳定律

焦耳定律第十八章第４节用手一摸电视机后盖上周六，小明的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。可是后就发现，小明刚看过电视。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?想想议议设计实验:1.将一段铜丝与一段镍铬合金丝串联,并粘上等量的凡士林,通过观察凡士林熔化所用的时间长短进行比较.(加热固体)2.在烧瓶AＢ中盛等量的煤油，温度计显示煤油的温度．烧瓶Ａ中是铜丝，电阻较小，烧瓶Ｂ中是镍铬合金丝，电阻较大．两瓶中金属丝串联起来接到电源上．通电一定时间后，比较两瓶中煤油的温度变化．(加热液体)３.把两烧瓶中密闭，中间插入带有水柱的细玻璃管,通观察管中水柱位置的变化来比较.（加热气体）电流通过导体产生的热与电阻的关系（控制变量法转换法）接电源镍铬丝铜丝支架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。焦耳焦耳定律Q=I²Rt热量电流电阻时间JAΩS公式：意义：单位：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。焦耳(1818－1889)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。二、焦耳定律焦耳定律Q=I²Rt热量电流电阻时间JAΩS公式：意义：单位：焦耳(1818－1889)1．在纯电阻电路中（如：电暖器，电饭锅，电炉子等），当电流通过导体时，电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，这样电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt=I2Rt=Pt=2．在非纯电阻电路中，如当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：W＞Q热三、电能和电热关系电能内能+机械能tRU2此时，只能用Q=I2Rt（焦耳定律）来计算电热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1I===0.6AUR36V60Ω有一电动机，它正常工作时的电阻为5Ω，电流为5A，正常工作的电压为220V，通电10min，电动机消耗的电能为多少？产生的热量为多少？有多少电能转化为机械能？例题2解：消耗的电能：W=UIt=220V×5A×600s=6.6×105J电热Q=I2Rt=(5A)2×5Ω×600s=7.5×104J转化为的机械能：E机=W－Q=6.6×105J－7.5×104J=5.85×105J额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?想想议议答：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。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、电热的利用和防止电热器1.原理：利用电流的热效应来工作的。2.核心部分：发热体，它是有电阻率大，熔点高的材料制成的3.电热器的电热和电功的关系因为电热器中消耗的电能只用来发热，所以电热Q=电功W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．电热的危害课堂小结焦耳定律的实验和内容电热的利用和危害P102动手动脑学物理1.某导体的电阻是2Ω,通过2A的电流时，1min产生多少焦耳的热量？解：Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J若电流变为原来的2倍，其它条件不变，则电热是原来的_______倍42.一只额定功率是450w的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生多少热量？解：电饭锅是纯电阻电路所以，Q=W=Pt=450W×60s=27000J3.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210Ω，它的额定功率有多大？在额定电压下通电10min产生多少热量？解：WVRU401210220P22W）（额额因为电烙铁消耗的电能全部用来发热，所以Q=W=Pt=40W×10×60s=24000J4.某校师生自制了一台电烘箱。电烘箱的电阻丝通过5A的电流时，每分钟可产生6.6×104J的热量。求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。W101.1s60J106.6tQtWP34解：∵P=I2R∴W44)A5(J101.1IPR2325.电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。(1)列举两个生活或者生产中利用电流热效应的实例电热毯、电烙铁、电饭锅、电热孵化器等(2)列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施电脑主机有风扇散热;电视机上的散热窗、电动机外壳有许多散热片6.在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是为什么？根据公式P=I2R可知，在电流相等时，电阻越大，电功率越大。导线相互连接的位置接触电阻比较大，因而电能转化为热的功率也较大，造成此处比别处更容易发热，加速老化甚至引起火灾答：