第十二章 电能 能量守恒定律 学习活动二：焦耳定律

第十二章《电能 能量守恒定律》学习活动二：焦耳定律
　　课堂教学：
　　【任务情境】
　　电流在电路中做功，可以将电能转化为其它形式的能，如电动机、电灯发光、电视机工作，当这些用电器工作一段时间后，我们触摸它们的有关部位，会有发烫的感觉，说明电流通过导体产生热量。

　　电饭锅、取暖器、电炉丝、电铬铁……这些用电器工作时有共同特点：电流通过导体时电能转化成内能。导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？电流通过导体时产生的热量一样多吗？
　　【学习任务一】通过实验得出焦耳定律
　　1.提出问题：电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？
　　2.猜想与假设：电流通过导体产生热量的多少与____________有关。
　　（提示：电热是电流通过电阻时产生的热量，电路中有电压不一定有电流，所以电压对电流通过电阻产生热量的多少没有关系，排除电压这个物理量。)
　　3.设计实验：
　　如图所示的实验装置，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大，串联起来，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管里会上升，电流产生的热量越多，煤油上升得越高。观察煤油在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量。
　　4.实验过程：
　　第一次实验：两个电阻串联流过它们的电流相等，加热的时间相同，甲瓶相对乙瓶中的电阻较大，甲瓶中的煤油上升得高。表明：电阻越大，电流产生的热量越多。
　　第二次实验：在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做实验，让通电的时间与前次相同，比较两次实验甲烧瓶内煤油上升的高度，可以发现第二次更高一些，表明：电流越大，电流产生的热量越多。
　　第三次实验：如果加长通电的时间，瓶中煤油上升高，表明：通电时间越长，电流产生的热量越多。
　　5.实验总结：电阻越大，电流越大，通电时间越长，电流产生的热量越多。
　　英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确地确定电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比，这个规律叫做焦耳定律。焦耳定律可以用下公式表示：Q=I2Rt。公式中的电流I的单位要用安培，电阻R的单位要用欧姆，通过的时间t的单位要用秒。这样，热量Q的单位就是焦耳。
　　【学习评价自测】
　　1.通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为时，则在时间t内产生的热量为（ ）
　　A.4Q B.2Q C. D.
　　答案：C
　　解析：由焦耳定律，可得。
　　2.一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上，在5min内共产生多少热量。
　　答案：6480J
　　解析：通过电阻丝的电流，该电阻丝在t=5min=300s内产生的热量Q=I2Rt=UIt=36×0.6×300=6480（J）。本题考查了求流过电阻丝的电流、电阻丝产生的热量，是一道基础题；熟练掌握欧姆定律及电功公式即可解题。