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第一章电场电流六、电流的热效应学习目标知识脉络1.知道电流的热效应跟哪些因素有关．(重点)2．学会用焦耳定律解决一些实际问题．(重点、难点)3．知道生活中应用焦耳定律的例子．(重点)4．掌握节约电能的一些方法．自主探新知预习一、电阻与电流的热效应1．焦耳定律(1)电流通过导体产生的热量，跟____________、__________、________成正比．(2)公式：Q＝________．(3)单位：____，符号：__．电流的二次方导体的电阻通电时间I2Rt焦耳J2．热功率：把电热器单位时间内消耗的____叫做热功率．P＝Qt＝______，单位：__，符号：__．3．额定功率是指用电器正常工作时的功率，这时加在用电器两端的电压叫________，通过用电器的电流叫________．电能I2R瓦W额定电压额定电流4．能量转化(1)电流通过电动机时，电能主要转化成______，只有一部分转化成____，这时电功率____热功率．(2)电流通过白炽灯泡时，电能全部转化成____，这时电功率等于热功率．机械能内能大于内能二、白炽灯1．白炽灯的工作原理利用电流的______，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发光．2．内部环境为了避免高温下金属丝迅速氧化折断，灯泡要________或充入________．热效应抽成真空惰性气体1．思考判断(1)电流通过导体时产生热量叫电流的热效应．()(2)电热器的电阻越大，热功率一定越大．()(3)电流通过电风扇时，电能全部转化为机械能．()(4)日光灯是白炽灯．()(5)白炽灯泡的电功率越大，灯丝越粗．()(6)白炽灯在发光时的电阻与不发光时相同．()√×××√×2．某电阻的阻值为5Ω，通过的电流为2A，则它在10s的时间内产生的热量为()A．100JB．200JC．20JD．2JB[由焦耳定律：Q＝I2Rt＝22×5×10J＝200J，故B正确．]3．(多选)下列家用电器在工作时，主要利用电流热效应的是()A．电熨斗B．电冰箱C．吸尘器D．电饭煲AD[电熨斗是利用电流做功产生的热量来熨烫衣物的，故主要利用了电流的热效应，故A正确．电冰箱是利用电流做功压缩制冷剂，使制冷剂液化，当制冷剂再通过冷凝管时体积膨胀气化而带走冰箱内的热量，故电流做功的过程中电能主要转化为机械能，故B错误．吸尘器是通过电流做功带动风扇转动而形成风，从而把灰尘吸进吸尘器，故主要是将电能转化为机械能，故C错误．电饭煲是利用电流流过电热丝时释放的热量来对食物进行加热，故主要利用了电流的热效应，故D正确．]4．一台直流电动机的额定电压为U，额定功率是P，电动机内电枢导线的电阻为R，那么它正常工作时的电流是()A．等于URB．等于PUC．大于URD．大于PUB[由于电动机电路不是纯电阻电路，则UIR，所以选项A、C不正确．电动机的额定功率P是电动机正常工作时的输出功率，P＝IU，所以I＝PU，故选项D不正确，选项B正确．]合作攻重难探究电流热效应的理解及计算1.电流热效应电流通过导体的时候，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞．由于这种碰撞，电子在电场力的加速作用下获得的动能，不断地传递给金属正离子，使金属正离子的热振动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高．这就是电流的热效应，电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能．2．电热的探究(1)思路：控制变量法．(2)可能因素：电流、电阻、通电时间．(3)方法①电流、通电时间相同，探究电热与不同电阻的关系．②电阻、时间相同，通入不同的电流，探究电热与电流的关系．③电流、电阻相同，通电时间不同，探究电热与通电时间的关系．3．对焦耳定律的理解(1)焦耳定律是一个实验定律，它是经过大量实验总结出来的，不能认为是用电学公式推导出来的，它适用于所有电路中的发热计算．(2)焦耳定律公式的理解：在电流和电阻相同时，热量与时间成正比；在电阻和时间相同时热量与电流的平方成正比；在电流和时间相同时热量与电阻成正比．如串联的两个用电器由于电流是相等的，在时间相等的情况下，谁的电阻大谁发热多，不是电阻大的阻碍作用大而发热少．【例1】在电源电压不变的前提下，增加电炉的电热丝在相等的时间内的发热量，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思路点拨：①电热丝是电阻丝，此时，I2Rt＝U2Rt.②利用Q＝U2Rt分析．B[电炉可以看作是纯电阻用电器，电流产生的热等于电流所做的功，所以有Q＝W＝I2Rt＝U2Rt，根据题意知U不变，t相等，故由Q＝U2Rt可以看出R越大，放热量越小，要使热量增加，应减小电炉电阻，故B选项正确；对于C选项，能增加电炉相同时间内放出的热量，但不能使原电阻丝放热增加，故C错．]1．为了使电炉消耗的电功率减小到原来的一半，应采取下列哪些措施()A．保持电阻不变，使电流减半B．保持电阻不变，使电压减半C．保持电炉两端电压不变，使其电阻减半D．使电压和电阻各减半D[电阻一定时，使电流减半，由P＝I2R知，电功率减为原来的14，可见A项错；同理，使电压减半，由P＝U2R知，电功率也为原来的14，故B项错；当电压不变，电阻减半时，由P＝U2R知，电功率变为原来的2倍，可见C项错；由P＝U2R知，当U和R各减半时，电功率变为原来的12，可见D项正确．]纯电阻电路与非纯电阻电路的比较1.在纯电阻电路中，如由白炽灯、电炉丝等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有W＝Q，即IUt＝I2Rt.显然U＝IR，则计算电功或电热时，可采用公式W＝Q＝IUt＝U2tR＝I2Rt＝Pt中的任一形式进行计算．2．在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功将电能除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有WQ，即IUtI2Rt.显然UIR.因此在这种情况下，电功W只能用公式W＝IUt进行计算，电热Q只能用公式Q＝I2Rt进行计算．【例2】(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同的时间内()A．电炉放热和电动机放热相等B．电炉两端电压大于电动机两端电压C．电炉两端电压等于电动机两端电压D．电动机消耗的功率大于电炉的功率AD[由于电炉与电动机电阻相等，电流也相等，由Q＝I2Rt得，相同时间内放热相等，A正确；由于电动机消耗的电能有一部分要对外做功，所以电动机消耗的功率大于电炉的功率，由P机＝U机I，P炉＝U炉I知，U机IU炉I，所以电动机两端的电压大于电炉两端的电压，因此B、C错，D正确．][注意事项](1)W＝UIt，P电＝UI适用于一切电路．(2)Q＝I2Rt，P热＝I2R适用于一切电热的计算．2．(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝U2Rt只适用于纯电阻的电路C．在不是纯电阻的电路中，UII2RD．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路BCD[电功率公式P＝Wt，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝PU，焦耳热Q＝PU2Rt，可见Q与P、U、t都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝UR只适用于纯电阻电路，则W＝I2Rt＝U2Rt也只适用于纯电阻电路，B正确；在不是纯电阻的电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以WQ，即UII2R，C正确；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D正确．]当堂固双基达标1．随着我国人民生活水平的不断提高，家庭中使用的电器越来越多，下列电器中主要应用电流热效应工作的是()A．电风扇B．电饭煲C．录音机D．电视机B[应用电流的热效应，即把电能主要转化成内能，其中电风扇主要是把电能转化成机械能，录音机是把电能转化成其他形式的能，但不是内能，同样电视机的主要作用是电信号的处理，把电能转化为光能等，只有B项中的电饭煲主要是把电能转化成内能．]2．在验证焦耳定律的实验中，为了比较电流通过两根不同的电阻丝产生的热量跟电阻的关系，实验时应同时保持相同的物理量是()A．通过它们的电流和加在它们两端的电压B．通过它们的电流和它们的电阻C．通过它们的电流和通电时间D．通过它们的电流、加在它们两端的电压和通电时间C[由焦耳定律Q＝I2Rt知，要想验证Q与R间的关系，则应注意保持I与t不变，故选C.]3．电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为()A．通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少B．电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热C．通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多D．铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少D[电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式Q＝I2Rt，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多．因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热．]4．表格中是某品牌空调的部分技术参数．当空调正常工作时，解答下列问题：(1)该空调制冷时的电流多大？(2)空调连续制冷2h消耗多少度电？(1度＝1kW·h)额定电压220V额定频率50Hz制冷功率1100W[解析](1)根据P＝UI可得：I＝PU＝1100220A＝5A.(2)根据W＝Pt可得：W＝1.1kW×2h＝2.2度．[答案](1)5A(2)2.2度