18.4 焦耳定律 课件(共34张PPT)

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18.4 焦耳定律
第18章 电功率
知识点
电流的热效应
知1－讲
1
1. 电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能的现象。
2. 探究电热的影响因素
(1)实验方法：转换法、控制变量法。
知1－讲
实验详解
●转换法：通过U形管两边液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，从而反映电阻产生热量的多少。
●控制变量法：实验一是通过串联保证电流相同；实验二中，左边容器内电阻中电流是右边容器内电阻中电流的2倍，探究电热与电流的关系。
知1－讲
(2)实验方案设计
实验一：如图1 甲所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与导体电阻的关系。
实验二：如图1 乙所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与电流的关系。
知1－讲
(3)实验结论
实验一结论——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。
实验二结论——在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
在两次实验过程中，随着加热时间的延长，U 形管两边液面的高度差增大，表明在电流大小、电阻大小相同时，通电时间越长，电阻产生的热量越多。
知1－讲
特别提醒
实验中用电阻丝对空气加热可以缩短实验时间，并会使实验现象更加明显。实验中应使两容器密闭且封闭等量的空气，不能漏气。
知1－练
例 1
[中考·广东] 用如图2 所示的装置做“探究电流相同时，通过导体产生的热量与电阻大小的关系”的实验。(甲、乙是完全相同的密闭容器，闭合开关前，A、B 两U 形管内液面相平)
解题秘方：对比图文信息，读图也能读出答案。
知1－练
(1)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面的_________来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的探究方法是_______。
(2)通过对比观察，______ (填“甲”或“乙”)容器中导体产生的热量较多。由此可知，在电流和通电时间相同时，电阻越______，导体产生的热量越多。
高度变化
转换法
乙
大
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解析：通过情景观察可以发现，两电阻丝串联，即保证电流相等，探究电热与电阻的关系，再观察U 形管液面高度的变化情况，哪一侧液面高度变化大，哪一侧容器中电阻丝在相同时间产生的热量多。
知1－练
技巧点拨：在探究电流产生的热量与电阻的关系时，要保证电流大小和通电时间相同。其中，保持电流大小相同的方法是将两个电阻串联。
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1-1. [中考·黄石] 如图3 所示，两个密闭容器中接入电热丝R1、R2，右边容器上方接入电热丝R3，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。
知1－练
本实验是根据______ (填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少，已知R1=10Ω，R3=6Ω，为了研究电流产生的热量与电流的关系，则R2=____Ω。若将R3 和R2 并联接入右边密闭容器中，则可研究电流产生的热量与______的关系。
气体
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电阻
知2－讲
知识点
焦耳定律
2
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。
知2－讲
2. 焦耳定律公式及各物理量单位
公式 Q=I2Rt 物理量及单位 电流I A
电阻R Ω
通电时间t s
热量Q J
知2－讲
(1)公式的意义：公式反映的是电流通过导体时产生热效应的规律，定量地揭示了电能转化为内能的规律。
(2)适用范围：公式是由实验总结出来的，只要是电流所产生的热量，都可以利用这一公式进行计算。
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3. 在纯电阻电路中，电热与电阻的关系
(1)在只有R1 和R2 的串联电路中，电热与电阻成正比，即Q1∶Q2=R1∶R2；
(2) 在只有R1 和R2 的并联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成反比，即Q1∶Q2=R2∶R1。
多用于定性比较两用电器相同时间产生的热量。
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拓展延伸
电功(或消耗的电能)与电热间的关系：
电功和电热的计算公式分别为W=UIt、Q=I2Rt，均适用于所有电路。
在纯电阻电路中，由于电能全部转化为电热，所以W=Q。
在非纯电阻电路中，电能只有一部分转化为电热，即
W＞Q。
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[中考·新疆] 如图4 所示的电路中，R1=2 Ω，R2=4 Ω，
闭合开关S 后，电流表的示数为0.5 A。求：
例2
解题秘方：本题用到串联电路电阻的规律、欧姆定律公式和焦耳定律公式。
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(1)电路的总电阻；
解：由电路图可知，R1、R2 串联，电流表测电路中的电流，电压表测电源电压。
(1)电路的总电阻R=R1+R2=2 Ω+4 Ω=6 Ω。
解题秘方：串联电路的总电阻等于各分电阻之和，据此求出电路的总电阻。
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(2)电压表的示数；
解：电压表的示数U=IR=0.5 A×6 Ω=3 V。
解题秘方：运用欧姆定律公式变形得U=IR，可求出电压表示数。
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(3)电阻R2 在1 min 内产生的热量。
解：t=1 min=60 s，电阻R2 在1 min 内产生的热量
Q=I2R2t=(0.5 A)2×4 Ω×60 s=60 J 。
解题秘方：运用焦耳定律Q=I2Rt，可求出热量的多少。
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2-1. [中考·安徽] 如图5 所示，电源电压保持3V 不变，电阻R1=10 Ω，R2=20 Ω。闭合开关S，则通电100 s 电阻R1 产生的热量为________J。
10
知2－练
一只电烙铁标有“220 V 40 W”，在额定电压下通电
10 min产生的热量是_________J 。
解题秘方：紧扣电热器消耗的电能W 与产生的热量Q 间的关系。
例 3
解析：t=10 min=10×60 s=600 s，通电10 min 产生的热量Q=W=Pt=40 W×600 s=2.4×104 J。
2.4×104
知2－练
特别提醒：只有在纯电阻电路中，电热Q 和电功W 才相等。在电热的计算中，只要载体是电热器，如果已知电功率, 就可以利用推导式Q=W=Pt 进行计算。
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3-1. 电热水壶上标有“220 V 800 W”，在额定电压下，电热水壶烧水210 s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为_________ J， 若发热体产生的热量全部被水吸收，能将_______kg的水从20 ℃升高至100 ℃。
[c 水=4.2×103J/(kg·℃)]
1.68×105
0.5
知3－讲
知识点
电热的利用和防止
3
1. 电热器的工作原理：电流的热效应。
2. 电热器的主要结构：发热体。
发热体是由导电性差、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。其中，绝缘体材料可将电阻丝与电热器的外壳隔开，防止触电和漏电。
3. 常见家用电热器：电饭煲、电烙铁、电烤箱等。
4. 电热器的优点：清洁卫生，没有环境污染；效率高；可以方便地控制和调节温度。
知3－讲
5. 电热的危害
(1)由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器。
(2)造成电能输送过程中的电能损失。
6. 防止电热危害的方法
(1)安装散热风扇；(2)安装散热片；(3)安装散热窗。
知3－讲
知3－讲
延伸拓展
照明灯工作时的能量转化
白炽灯工作时，电能转化为内能，灯丝的温度升高，达到发光的程度，因此，电能转化为内能和光能。LED灯的原理与其不同，LED灯是利用半导体材料的特性，让电能直接转化为光能，不用先转化为内能。
白炽灯将电能转化为光能的大致比例为10%，一般节能灯的发光效率为30%，所以使用节能灯可大大节约电能。
知3－练
下列情况中不属于防止电热危害的是( )
A. 电视机的后盖有许多孔
B. 电脑机箱内有小风扇
C. 电动机外壳有许多散热片
D. 家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
例4
知3－练
解题秘方：结合各种用电器具体作用来分析。
解析：电视机上的散热孔，电脑机箱内的小风扇，电动机外壳上的散热片，都可以加速散热，从而防止电热的危害。家电长时间停用，隔一段时间通电一次，是利用电热驱潮，避免家用电器因受潮而损坏。
答案：D
知3－练
技巧点拨：熟悉各种常见用电器的作用，依据使用目的分析用电器工作时的能量转化，进而判断该用电器是利用电热还是防止电热可能带来的危害。
知3－练
4-1. 小华家里有1 000 W的电饭煲、500 W 的电熨斗、1 000 W 的电吹风各一个，使用时它们之间是_________联的。若各自正常工作相同时间，则_________产生的热量最多。
并
电饭煲
焦耳定律
电热
焦耳定律
利用和防止
影响因素