18.4焦耳定律 课件(共33张PPT)

(共33张PPT)
第四节 焦耳定律
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。还能举出其它例子吗？
电流通过导体时，电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
一、电流的热效应
电炉工作时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
想一想
提出问题：
电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关呢？
猜想：
通电时间
电流的大小
导体电阻的大小
实验方法：
实验目的:
研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关
实验原理:
电阻丝加热密封容器中的空气， U形管中液面形成高度差；液面差越大，产生的热量差别越大。
实验探究
控制变量法
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 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
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 = 2I1
I
A
R = 5 Ω
R = 5 Ω
R = 5 Ω
I1
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。
　　焦耳（James Prescott Joule，
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 = I2Rt
　　3．单位：焦耳（J）
二、焦耳定律
Q = I2Rt
=(0.6 A)2×60 W×300 s
= 6 480 J
　　一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。
解:
例1
I =　 =　　　= 0.6 A
U
R
36 V
60 Ω
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.
3800
200
Q=I2Rt与W=UIt的区别
①在纯电阻电路中，这两个公式是通用的。
电能只转化为内能
②在非纯电阻电路中， W=UIt 公式求得的是
消耗的电能； Q=I2Rt 公式求得的是在电路中
转发为内能的部分。
即：
W>Q
　　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
　　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
1. 小红家买了一台电烤箱，有高、中、低 三个档位的发热功率。图是其内部简化电路图，开关S1可分别与触点a、b 接触。已知R1 = 60.5Ω,R2 = 121Ω，电源电压保持不变。当开关S1置于b端，S2断开时，电烤箱处于 档位；电烤箱在中档位工作时，消耗的电功率是 W；电烤箱在高档位工作时，对食物加热5min, 消耗的电能是 J
800
低
3.6X105
4．如图是某家用电热水器的简化电路图，温控开关S可根据水温自动切换加热和保温两种状态，R1、R2是发热电阻。热水器主要参数如下表。[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]
额定电压 220V 容量 30L
加热功率 2000W 保温功率 800W
（1）开关S跳至　　触点位置时，热水器进入保温状态。
（2）R2的阻值为多大？
（3）水箱中装满初温为25℃的水，加热使温度升高到55℃，水需要吸收多少热量？
（4）在上述加热状态下，热水器正常工作35min需消耗多少电能？加热效率是多少？
4．如图是某家用电热水器的简化电路图，温控开关S可根据水温自动切换加热和保温两种状态，R1、R2是发热电阻。热水器主要参数如下表。[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]
额定电压 220V 容量 30L
加热功率 2000W 保温功率 800W
（2）R2的阻值为多大？
（2）R2的阻值为多大？
2. 某直流电动机线圈的电阻是1.5Ω，把它接在稳压电源上，闭合开关，电动机正常工作，通过线圈的电流是2A ，在20s内电动机所做的机械功是1080J.试求：
(1)这段时间内，电流通过线圈产生的热量是多少
(2)这段时间内，电流通过电动机做的功是多少 电源电压是多少
(3)如果在工作过程中，电动机因故障卡住无法转动，此时电动机中的电流是多少
3.如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大。下列说法正确的是（ ）
A.左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大
B.该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系
C.该装置可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系
D.U形管中液面的高度发生变化是因 为U形管中液体的热胀冷缩造成的
C
4. 甲、乙两个小灯泡上分别标有“6V 3W”和“4V 2W”字样，现在把它们按不同方式接在不同电路中（不考虑灯丝电阻的变化），下列判断错误的是（ ）
A, 若把它们并联在4V电路中，乙灯正常发光
B, 若把它们并联在4V电路中，甲灯比乙灯亮
C, 若把它们串联在1OV电路中，两灯都可以正常发光
D. 若把它们串联在8V电路中，甲灯比乙灯亮
B
5.已知甲灯标有“6V 3W”字样，乙灯的额定电压是3V.甲、乙两灯的U- I关系 如图所示，则乙灯的额定功率是 W.确保电路安全的前提下，两灯串 联使用，电路两端的最大电压是 V，两灯并联使用，电路最大电流是 A。
0.8
8
1.8
6. 如图所示 ,电源电压保持不变 ,开关 S 和 S1 都闭合时 ,小灯泡正常发光 ,再将开关 S1 断开 ,电流表示数 ( 填“变大”、 “变小”或“不变” ) 小灯泡的亮度 ( 填“变亮”、“变暗”或“不变” ), 小灯泡的额定功率 ( 填“变大”、“变 小”或“不变” )
不变
不变
变小
7. 一个标着“ 220 V 1100 W ”的电炉,正常工作时电阻丝的电阻为 Ω ；当其两端电 压为110V时，该电炉的实际功率为 W.（不计温度对电阻的影响）
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8．如图所示的电路中，电源电压恒定，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器（a、b为其两端点）．开关S闭合后，滑动变阻器的滑片P在a、b之间滑动的过程中，电压表的示数变化了3V，电阻R1的电功率变化范围是1.2W～2.7W．则电源电压为　 　V，滑动变阻器R2的最大阻值为　 　Ω
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9．如图1所示，某同学在“测量小灯泡电功率”的实验中，误将电压表并联在滑动变阻器两端，他从滑片置于最右端时开始记录第一组数据，调节滑片测得多组数据，描绘出的U﹣I图象如图2所示，已知小灯泡的额定电压为2.5V，电源电压为4.5V，可求得小灯泡的额定功率为　 　W，变阻器最大阻值为　 　Ω。
40
0.5
12