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．
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，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比．
(2)公式：Q＝I2Rt．
(3)单位：焦耳，符号：J．
2．热功率：把电热器单位时间内消耗的电能叫做热功率．
P＝＝I2R，单位：瓦，符号：W．
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额定电压，通过用电器的电流叫额定电流．
4．能量转化
(1)电流通过电动机时，电能主要转化成机械能，只有一部分转化成内能，这时电功率大于热功率．
(2)电流通过白炽灯泡时，电能全部转化成内能，这时电功率等于热功率．
二、白炽灯
1．白炽灯的工作原理
利用电流的热效应，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，灯泡要抽成真空或充入惰性气体．
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5 Ω，通过的电流为2 A，则它在10 s的时间内产生的热量为( )
A．100 J B．200 J
C．20 J D．2 J
B [由焦耳定律：Q＝I2Rt＝22×5×10 J＝200 J，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 B．等于
C．大于 D．大于
B [由于电动机电路不是纯电阻电路，则U>IR，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＝，故选项D不正确，选项B正确．]
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＝t.
②利用Q＝t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＝t，根据题意知U不变，t相等，故由Q＝t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，可见A项错；同理，使电压减半，由P＝知，电功率也为原来的，故B项错；当电压不变，电阻减半时，由P＝知，电功率变为原来的2倍，可见C项错；由P＝知，当U和R各减半时，电功率变为原来的，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＝＝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W>Q，即IUt>I2Rt.显然U>IR.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I>U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＝t只适用于纯电阻的电路
C．在不是纯电阻的电路中，UI>I2R
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
BCD [电功率公式P＝，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝，焦耳热Q＝Rt，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＝只适用于纯电阻电路，则W＝I2Rt＝t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W>Q，即UI>I2R，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．]
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2 h消耗多少度电？(1度＝1 kW·h)
额定电压
220 V
额定频率
50 Hz
制冷功率
1 100 W
[解析] (1)根据P＝UI可得：I＝＝＝5 A.
(2)根据W＝Pt可得：W＝1.1 kW×2 h＝2.2度．
[答案] (1)5 A (2)2.2度
课件40张PPT。第一章 电场 电流六、电流的热效应电流的二次方导体的电阻通电时间焦耳J电能瓦W额定电压额定电流机械能内能大于内能热效应抽成真空惰性气体
√×××√×点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(六) 电流的热效应
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
1．(6分)如图所示是某一电器的铭牌．从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是( )
A．电风扇 B．电饭煲
C．电熨斗 D．电热水壶
A [根据铭牌读出用电器的功率为24 W，选项中电饭锅、熨斗、电水壶都是大功率用电器，只有电风扇的功率较小，故A正确．]
2．(6分)功率相同的下列四种用电器，分别接入家庭电路中，在相同的时间内，通过它们的电流产生的热量最多的是( )
A．电烙铁 B．电风扇
C．电视机 D．洗衣机
A [电风扇将电能主要转化为机械能，电视机将电能主要转化为声和光能，洗衣机将电能主要转化为机械能，故它们应尽量减小发热量，即电阻很小，而电烙铁是利用电流的热效应，电能全部用来发热，故电烙铁的发热量高．故选A.]
3．(6分)下列说法正确的是( )
A．通过电阻的电流越大，产生的热量越多
B．导体的电阻越大，产生的热量越多
C．通电时间越长，产生的热量越多
D．对同一导体，通过的电流越大，通电时间越长，产生的热量越多
D [由Q＝I2Rt知，电流大，如果时间很短，热量Q依然可以很小，A项错误；同理可分析B、C项也是错误的；只有D项正确．]
4．(6分)对于电热的计算式适用于所有电路的是( )
A．Q＝UIt B．Q＝I2Rt
C．Q＝Pt D．Q＝
B [焦耳定律Q＝I2Rt是一个实验定律，是适用于所有电路的计算电热的公式，所以B正确．]
5．(6分)(多选)对计算任何类型的用电器的电功率都适用的公式是( )
A．P＝I2R B．P＝
C．P＝UI D．P＝
CD [D是定义式，C是通过定义式推导而得，而A、B都是通过欧姆定律推导而得，所以A、B只适用于纯电阻电路，而不适用于非纯电阻电路．]
6．(6分)两根材料和长度都相同的均匀电阻丝R1和R2，R1的横截面积较大，在它们上面用少许凡士林粘几根火柴棒，当它们串联在电源上后，若不计散热，则( )
A．R1上的火柴棒先掉下来
B．R2上的火柴棒先掉下来
C．R1和R2上的火柴棒同时掉下来
D．无法判断哪根电阻丝上的火柴棒先掉下来
B [两根电阻丝的材料和长度均相同，R1的横截面积较大，故R1的电阻较小，即R2＞R1；而两电阻丝串联在电源上，通过它们的电流相等，由焦耳定律Q＝I2Rt知，电流相等，在时间一定的情况下，Q2＞Q1，又因不计散热，故R2上的火柴棒先掉下来．]
7．(6分)通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为( )
A．4Q B．2Q
C． D．
C [Q＝I2Rt，电阻变为2R，电流变为时，Q′＝·2R·t＝I2Rt＝Q.]
8．(8分)一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表：
规格
后轮驱动直流电动机
车型
26″电动自行车
额定电压下的
输出机械功率
110 W
整车质量
30 kg
额定电压
36 V
最大载重
120 kg
额定电流
3.5 A
求：(1)此车电动机正常工作时，消耗的电功率是多大？
(2)电动机正常工作时，损失了多少功率？
[解析] (1)由表中的技术参数可知，此车电动机正常工作时，消耗的电功率：
P＝UI＝126 W.
(2)由表中的技术参数可知，额定电压下的输出机械功率为110 W，根据P＝P输出＋P损可得电动机损失的功率P损＝16 W.
[答案] (1)126 W (2)16 W
[能力提升练]
9．(6分)一台电动机输出功率是10 kW，这表明这台电动机正常工作时( )
A．每秒钟消耗电能10 kJ
B．每秒钟对外做功10 kJ
C．每秒钟对外做功10 J
D．每秒钟对外做功1 000 J
B [电动机的输出功率10 kW为机械功率，每秒钟对外做功10 kJ，故选项B对，选项C、D错；它的电功率将大于10 kW，所以每秒消耗电能大于10 kJ，故选项A错．]
10．(6分)从白炽灯上标有“220 V 100 W”的数据中，我们可以确定( )
A．该电灯的额定电压为220 V，额定电流为 A
B．给电灯加上110 V电压，通过它的电流一定为 A
C．该电灯正常发光时的电阻为484 Ω
D．该电灯在电路中发光时，它实际消耗的功率一定等于100 W
C [电器铭牌上的数据为额定值，所以U额＝220 V，P额＝100 W，由P＝UI得I额＝＝ A＝ A，A项错误；当实际电压为110 V时，实际电流要小于 A，B项错误；由P＝得R＝＝ Ω＝484 Ω，C项正确；“220 V 100 W”为正常发光时的值，当不正常发光时电功率小于100 W，D项错误．]
11．(6分)某白炽灯泡上标有“220 V 40 W”字样，不计温度对电阻的影响，下列说法正确的有( )
A．该灯接在110 V线路上时，其热功率为20 W
B．该灯接在55 V线路上时，其热功率为2.5 W
C．该灯接在440 V线路上时，其热功率为160 W
D．该灯接在110 V线路上时，其热功率为40 W
B [该灯的额定电压为220 V，当其两端电压不等于额定电压时，白炽灯的功率不等于其额定功率40 W，但其电阻R可以认为是不变的．R＝＝1 210 Ω.当电压U1＝110 V时，实际热功率P1＝＝10 W，故选项A、D错误；当电压U2＝55 V时，实际热功率P2＝＝2.5 W，故选项B正确；当电压U3＝440 V时，超过灯泡的额定电压，故灯丝必被烧断，造成断路，热功率为零，故选项C错误．]
12．(6分)两个白炽灯泡上分别标有“220 V 100 W”和“220 V 40 W”字样，则它们正常工作时的电阻之比是( )
A．1∶1 B．2∶5
C．3∶5 D．5∶2
B [由电功率公式P＝UI和电流与电压的关系式I＝知P＝，所以白炽灯泡电阻R＝，则两灯泡的电阻之比＝＝＝＝.故选项B正确．]
13．(12分)观察某洗衣机的铭牌，解答问题：
防触电保护类别Ⅰ类
额定洗涤容量5 kg
额定电压220 V
电源频率50 Hz
洗涤功率330 W
甩干功率650 W
水加热功率1 950 W
最大工作电流10 A
自来水压力
0.05 MPa≤p≤1 MPa
重量72 kg
出厂日期：
2010年3月28日
出厂编号：
970828253
(1)正常洗涤时，通过洗衣机的电流多大？
(2)给水加热的电阻丝电阻有多大？
[解析] (1)由P＝UI得，I＝＝ A＝1.5 A.
(2)加热电阻丝为纯电阻，
则P′＝，所以R＝＝ Ω≈24.8 Ω.
[答案] (1)1.5 A (2)24.8 Ω
14．(14分)一直流电动机线圈内阻一定，用手握住转轴使其不能转动，在线圈两端加电压为0.3 V时，电流为0.3 A．松开转轴，在线圈两端加电压为2 V时，电流为0.8 A，电动机正常工作．求该电动机正常工作时，输入的电功率是多少？电动机的机械功率是多少？
[解析] 电动机不转动时，其消耗的电功全部转化为内能，故可视为纯电阻电路，由欧姆定律得电动机线圈内阻
r＝＝ Ω＝1 Ω
电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，其输入的电功率为P入＝U1I1＝2×0.8 W＝1.6 W
电动机的机械功率
P机＝P入－Ir＝(1.6－0.82×1) W＝0.96 W.
[答案] 1.6 W 0.96 W
