第十八章_第4节焦耳定律

1、焦耳定律焦耳定律 第十八章第十八章 第节第节生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。请举例说明。生。请举例说明。它们的共同特征它们的共同特征是什么？是什么？电能转化为内能电能转化为内能电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。做电流的热效应。一、电流的热效应一、电流的热效应电流的三大效应电流的三大效应1.1.电流的热效应：电流通过导体时电能电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能的现象转化为内能的现象2.2.电流的化学效应：电流的化学效应：电流电流通过导电的液体通过导电的液体会使液体发生会使液体

2、发生化学化学变化，产生新的物质的变化，产生新的物质的现象。在化学课中已学过，如水的组成与现象。在化学课中已学过，如水的组成与分解。分解。 3.3.电流的磁效应：通电导线周围存在磁场，电流的磁效应：通电导线周围存在磁场，即电能生磁即电能生磁。（在后面第。（在后面第2020章中学习）章中学习）这节我们学习电流的热效应这节我们学习电流的热效应焦耳定律焦耳定律电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热得发红，而导线却几乎不发热? ?电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? ?想想议议想想议议电流通

3、过导体时产生热的多少与什么因素有关电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关? ?演示实验演示实验实验装置实验装置由于电流通过用电器所产生热量的大小不由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行观察比较，实验中怎样将它变易直接进行观察比较，实验中怎样将它变为便于直接观察比较的现象呢？为便于直接观察比较的现象呢？转换法转换法想一想想一想 议一议议一议U U型管连接的容器加热型管连接的容器加热后，温度升高，气后，温度升高，气体膨胀，压力变大体膨胀，压力变大，液面升高。，液面升高。猜想四:.n现象一：电炉丝通电能产生热，不通电不产生热。现象一：电炉丝通电能产生热，不通电不产生热。n猜想二：电阻丝产生

4、的热量同猜想二：电阻丝产生的热量同通电时间通电时间有关。有关。n猜想三：导体通电时产生的热量多少与猜想三：导体通电时产生的热量多少与导导 体的电阻大小体的电阻大小有关。有关。n现象二：电阻丝通电的时间越长产生的热量越多。现象二：电阻丝通电的时间越长产生的热量越多。n事实：电阻丝的材料是镍铬合金丝，导线材事实：电阻丝的材料是镍铬合金丝，导线材 料是铜、铝。料是铜、铝。n猜想一：电阻丝产生的热量同猜想一：电阻丝产生的热量同电流电流有关有关控制变量法 目标：目标：在电流相同、电阻不同时，产生电热在电流相同、电阻不同时，产生电热的效果如何呢？的效果如何呢？ 思考：思考： 实验设计中，怎样保证电流等大？

5、实验设计中，怎样保证电流等大？ 用什么仪器反映产生热量的多少？用什么仪器反映产生热量的多少？【演示实验演示实验1 1】想一想想一想 议一议议一议 电阻串联时电流电阻串联时电流相同。相同。 U U型管连接的容型管连接的容器加热后，温度升器加热后，温度升高，气体膨胀，压高，气体膨胀，压力变大，液面升高力变大，液面升高。实验实验1：研究电热与电阻关系：研究电热与电阻关系R1 = 5 R2 = 10 A在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻在电流相同、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。越大，这个电阻产生的热量越多。思考：思考：此时，哪个电流小？此时，哪个电流小？为什么？为什么？并

6、联分流的电阻为什并联分流的电阻为什么要放在盒子外面么要放在盒子外面? ? 让相同的电阻，流过不同的电流，让相同的电阻，流过不同的电流，看效果会如何呢？看效果会如何呢？【演示实验演示实验2 2】实验实验2：研究电热与电流关系：研究电热与电流关系I = 2I1IAR = 5 R = 5 R = 5 I1在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过在电阻相同、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一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。多。焦耳（焦耳（James Prescott Joule，18181889），英国物理学家。用），英国物理学家。用近近 40 年的时间做了年

7、的时间做了 400 多次实验，多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实研究热和功的关系。通过大量的实验，于验，于 1840 年最先精确地确定了电年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。时间的关系。焦焦 耳耳1内容：电流通过导体产生的热量跟电流的内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。比，跟通电时间成正比。2公式：公式：Q = I2Rt 3单位：焦耳（单位：焦耳（J）二、焦耳定律二、焦耳定律Q = I2Rt =(0.6 A)260 W W300 s = 6 480 J

8、 一根一根 60 的电阻丝接在的电阻丝接在 36 V的电源两端，在的电源两端，在 5 min内共产生多少热量内共产生多少热量?答答: 在在 5 min 内共产生内共产生 6 480 J 热量。热量。解解: :例题例题I = = 0.6 AUR36 V60 1在在纯电阻电路纯电阻电路中中，当电流通过导体时，如当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电就等于消耗的电能能W，即，即 Q = W = UIt = I2Rt如：电暖器，电饭锅，电炉子等。如：电暖器，电

9、饭锅，电炉子等。 2在在非纯电阻电路非纯电阻电路中中，当电扇工作时，消耗当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：的电能主要转化为电机的机械能：WQ热热三、电能和电热关系三、电能和电热关系电能电能 内能内能+机械能机械能此时，只能用此时，只能用Q=I2Rt（焦耳定律）（焦耳定律）来计算电热来计算电热 为什么用导线连接的电炉子通电后为什么用导线连接的电炉子通电后，电炉丝很快发红发热，而导线却不热？电炉丝很快发红发热，而导线却不热？ 因导线电阻很小（因导线电阻很小（0.010.010.0010.001），而电炉），而电炉电阻很大（几十、几百欧姆），导线和电炉丝电阻很大（几十、几百欧姆），导线

10、和电炉丝是串联接入电路的，通过电炉丝和导线的电流是串联接入电路的，通过电炉丝和导线的电流I I相同，根据焦耳定律相同，根据焦耳定律Q=IQ=I2 2Rt,Rt,在相同时间在相同时间t t内导线内导线产生热比电炉丝产生的热少的多，所以产生热比电炉丝产生的热少的多，所以电炉丝电炉丝很快发红发热，而导线却不热很快发红发热，而导线却不热。【问题思考问题思考1】 额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小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，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。焦耳定律，电阻越大，单

11、位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？二者似乎有矛盾，这是怎么回事？ 【问题思考问题思考2】答：答：二者并不矛盾。二者并不矛盾。根据电功率公式根据电功率公式P=UIP=UI和欧姆定律和欧姆定律I=U/R,I=U/R,可得可得P=UP=U2 2/R,/R,所以当电压一定时，电阻越小，发热所以当电压一定时，电阻越小，发热功率越大，功率越大，单位时间内产生的热量越多，如在并联电路单位时间内产生的热量越多，如在并联电路中，发热功率和电阻成反比。中，发热功率和电阻成反比。按照焦耳定律按照焦耳定律Q=IQ=I2 2Rt,Rt,当电当电流相同时，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，如流相同时

12、，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，如在串联电路中，发热功率和电阻成正比。前者是电压相在串联电路中，发热功率和电阻成正比。前者是电压相同，后者是电流相同，条件不同，同，后者是电流相同，条件不同，所以二者并不矛盾。所以二者并不矛盾。1电热的利用电热的利用利用电热孵化器孵小鸡利用电热孵化器孵小鸡用来加热用来加热电热器的优点电热器的优点: 清洁卫清洁卫生，没有环境污染，热效率生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调高，还可以方便地控制和调节温度。节温度。四、电热的利用和防止四、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。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。运行时要用微型风扇及时散热等等。2电热的危害电热的危害问题思考问题思考3.一台电动机正常工作时线圈两端的电压为一