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第十五章 电能和电功率
15.4 探究焦耳定律
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小明的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要玩电脑。爸爸回来时看到他在认真写作业，电脑也没打开，很高兴，可是用手一摸电脑的后盖就知道，小明刚看过电视。
你知道他爸爸是根据什么判断的吗？
一、电流的热效应
电暖器
电饭锅
电水壶
电流通过导体时，电能转化成内能，即导体会发热的现象,叫做电流的热效应。
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。
电流热效应
一、电流的热效应
电流经过铁钉时的现象
一、电流的热效应
电炉丝发热
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
1. 可能与电流的大小有关
2. 可能与电阻的大小有关
3. 可能与通电时间长短有关
电流越大，电流产生的热量越多
电阻越大，电流产生的热量越多
通电时间越长，电流产生的热量越多
①提出问题
②猜想
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
1.相同时间，比较温度计示数的变化
（U形管内液体的高度变化来反映）
2.当一个物理量与多个因素有关时，用控制变量法。
③实验方法
转换法
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
转换法
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
④实验器材及
电路图
0.22
⑤实验图及
电路图
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
探究一：电流通过导体时产生的热量跟电阻是否有关？
①方案：将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，使用学生电源供电（提供的电流大且稳定）
电流通过导体时产生的热量和电阻关系
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
⊿h
较小
较大
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
探究二：电流通过导体时产生的热量跟电流是否有关？
①方案：使两个密闭容器内部的电阻一样大，在右边容器的外部，将一个阻值相同的电阻R3和这个容器内的电阻并联；由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同。
I
A
R=5Ω
R3=5Ω
R1=5Ω
I1
外部 R3
I=2I1
I
I1
R3=
电流通过导体时产生的热量和电流关系
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多。
⊿h
较小
较大
I
A
R=5Ω
R3=5Ω
R1=5Ω
I1
外部 R3
I=2I1
I
I1
R3=
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
探究三：电流通过导体时产生的热量跟时间是否有关？
①方案：将一根电阻丝接入电路中，控制通电电流不变、电阻大小不变，改变通电时间，观察U形管液面的高度差。
R=10 Ω
A
⊿h
电流通过导体时产生的热量和时间关系
二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
结论：在电流和电阻相同时，通电时间越长，产生的热量越多。
⊿h
较小
较大
R=10Ω
A
⊿h
1. 在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
2. 在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多。
3. 在电流和电阻相同时，通电时间越长，产生的热量越多。
⑥实验结论
两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。
烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。
通过比较烧瓶内温度计示数变化可以探究电流产生热量的多少。
方案二
方案二
课堂练习：
1.如图是“探究影响电流热效应因素”的实验装置图。其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量、初温相同的煤油，阻值不同的电阻丝R1、R2．关于此电路说法中正确的是（ ）
A．探究的是电流产生的热量与电压的关系
B．温度计示数变化大的烧瓶内电阻丝电阻小
C．通电时间相同时两个烧瓶内电阻
丝产生的热量相同
D．温度计示数变化的大小反映电流产生热量的多少
D
课堂练习：
2.利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验。以下说法不正确的是（ ）
A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法”
B．若要探究电流对电热的影响，应该选择观察甲、丙
C．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的8倍
D．图丙外连接5Ω电阻的作用是增大丙图盒内产生的热量
D
三、探究焦耳定律
1.英国物理学家焦耳在大量实验的基础上，最先得出了热量与电流、电阻、通电时间的关系，也就是后来著名的焦耳定律。
2.内容:电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。
3.公式:Q=I2Rt
4.热量的单位：焦耳，焦（J）。
他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。发现了导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系，即焦耳定律。
焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。
人物介绍
主要成就
焦耳
物理学家
4.电功和电热的关系
三、探究焦耳定律
(1)在电热器电路 (只有电阻的电路)中：（电能几乎全部转化为内能）如：电暖器，电饭锅，电炉等。
W = Q
W= UIt=Pt
Q=I2Rt=U2t/R
(2)在非纯电阻电路中：如当电动机工作时，消耗的电能主要转化为电机械能 .
W > Q
（W= UIt） > （Q=I2Rt）
焦耳定律
0.22
0.28
5.纯电阻电路
Q=W
上述公式适用于纯电阻电路.
Q放= W总=Pt=UIt= =I2Rt
U2
R
t
该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即 。
三、探究焦耳定律
电饭锅
电水壶
0.22
0.28
6.非纯电阻电路
例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。
电能>内能
W总＝UIt =W机械能＋Q热量
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 ，即电能大于内能。
非纯电阻电路的计算
四、电流热效应的应用与控制
1.电热的利用
四、电流热效应的应用与控制
2.电热的危害和防止
课堂小结
一、通电导体放出的热量跟哪些因素有关
通电导体放出的热量跟电阻有关
通电导体放出的热量跟电流有关
通电导体放出的热量跟通电时间有关
二、焦耳定律
1.电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。
2.公式:Q=I2Rt
巩固练习
1.在探究“影响电流热效应的因素”的实验中，要探究电流热效应与电流关系，应控制的变量是 。如图所示，R1＝5Ω，R2＝10Ω，电源电压3V，则通电10s电流通过R1、R2产生热量之比为 。
电阻和通电时间
1：2
巩固练习
2. （2023年黑龙江齐齐哈尔）将电能输送到几百千米之外的用户，在输电线上会有能量的损耗，这主要是由于电流的______效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω，输送电流为100A，每输电1min，这段线路便会损耗______ J的电能。
热
3×10^5
巩固练习
3.（2023年黑龙江齐齐哈尔）小夏一家假期外出旅游，家中只有一个网络摄像头和一个路由器在工作，其实际功率分别为5W和15W。出发和回家时，电能表示数如图所示，这段时间内小夏家消耗电能___________ ，小夏一家外出___________h。（电路其它元件损耗电能不计）
4.8
240
巩固练习
4. （2023年甘肃金昌）下列利用电流热效应工作的用电器是（ ）
电视机 B. 电风扇
C. 电脑 D. 电炉
D
巩固练习
5.热熔胶在室温下为固体，加热变为较强粘性的液体，冷却后，将物体牢牢地粘在一起，如图是热熔胶枪的外形，在枪嘴内有电热丝．电热丝的电阻是1000Ω，通过的电流是0.2A时，1min产生的热量是 J．
2400
巩固练习
6.某校师生自制了一台电烘箱。电烘箱的电阻丝通过5 A 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。
解：
P = = = = 1.1×103W
W
t
Q
t
6.6×104J
60s
R= = =44 Ω
P
I2
1.1×103W
(5A)2
7.（2022湖北宜昌）小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好，电源电压为6V。
（1）小杰根据图甲观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时，______，电阻产生的热量越多”的结论。
电流
越大
（2）小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持她猜想的现象是（ ）
A.正常工作时，“36V 54W”的灯泡比“12V 6W”的灯泡亮
B.接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
C.电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热
（3）为了验证猜想，小芳选用了5Ω和100Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，请你用笔画线把电路连接完整。
闭合开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是__________________，请你提出改进办法：______________。
C
将100Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝（或增大电源电压）
电路中电流太小（或者电阻太大或者电压太低）
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php
