16-4科学探究：电流的热效应

1、常见的电热器常见的电热器电炉电炉热得快热得快电热水壶电热水壶常见的电热器常见的电热器电炉电炉电热毯电热毯电取暖器电取暖器电熨斗电熨斗电油炸锅电油炸锅电烤箱电烤箱电烙铁电烙铁这些常见家用电器的有什么这些常见家用电器的有什么共同的特点？共同的特点？都是将都是将电能电能转化为转化为内能内能一、电流的热效应（看书一、电流的热效应（看书P129）1、什么是电流的热效应、什么是电流的热效应2、除热效应之外还有什么效应？、除热效应之外还有什么效应？电烙铁电烙铁电流通过导体时电流通过导体时电能转化成内能的电能转化成内能的现象现象叫做叫做电流的热效应电流的热效应电流的热效应电流的热效应利用电流热效应工作的装置，

2、称利用电流热效应工作的装置，称为为电热器电热器电流的三大效应：电流的三大效应：化学效应、化学效应、磁效应、热效应磁效应、热效应现象现象:电炉丝和导线通过的电炉丝和导线通过的电流相同电流相同。为什么电炉丝热的为什么电炉丝热的发红发红，而导线却几，而导线却几乎乎不发热不发热？根据此现象，你能提出什么问题？根据此现象，你能提出什么问题？电流产生的热量与哪些因素有关？电流产生的热量与哪些因素有关？Q与与I、R和和t有关？有关？控制变量法控制变量法提出问题提出问题猜想猜想实验方法实验方法实验探究实验探究1、两盏不同规格的电灯串联使用、两盏不同规格的电灯串联使用2、同一盏电灯在相同时间内流过、同一盏电灯在

3、相同时间内流过不同的电流不同的电流3、同一盏电灯在相同电流下工作、同一盏电灯在相同电流下工作时间不同时间不同1.R和和t不变，不变，I越大，越大，Q越大越大2.I和和t不变，不变，R越大，越大，Q越大越大3. I和和R不变，不变，t越大，越大，Q越大越大焦耳焦耳在大量的实验的基础上，在大量的实验的基础上，总结得出了总结得出了Q与与I、R和和t的定量关的定量关系，也就是焦耳定律。系，也就是焦耳定律。实验结论：实验结论：二、焦耳定律二、焦耳定律1、内容内容：电流通过导体产生的热量跟：电流通过导体产生的热量跟电电 流的二次方流的二次方成正比，跟导体的电阻成正成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正

4、比。比，跟通电时间成正比。2、公式公式：Q=I2Rt 3、单位单位：Q焦，焦， I安，安，R欧，欧，t秒秒 你认为电功和电热有什么关系？你认为电功和电热有什么关系？ 普遍适用：普遍适用：电功电功 WU I t 电热电热Q I2Rt（1） 纯电阻纯电阻电路：电路：WQ = Pt = U I t I2Rt=(U2/R)t（2）非纯电阻非纯电阻电路（如电路（如电动机电动机）：）：电功电功WU I t 电热电热 Q = I2RtWQ一台电动机正常工作时线圈两端的电压一台电动机正常工作时线圈两端的电压为为380380伏，线圈的电阻为伏，线圈的电阻为2 2欧欧, ,线圈中的电线圈中的电流为流为1010安安

5、, ,若这台电动机正常工作若这台电动机正常工作1 1秒钟，秒钟，求：求：1 1）消耗的电能）消耗的电能W 2W 2）产生的热量）产生的热量Q Q 3 3）动能是多少）动能是多少解：解：1 ）WUIt380V10A1S3800J2 ）QI2Rt（10 A）2 2 1S200J3）W动动= W Q= 3800J -200J=3600J三、电热的利用和防止三、电热的利用和防止电流的热效应是好事电流的热效应是好事还是坏事？还是坏事？电热的预防电热的预防电脑中的cpu散热器防止电热的图片防止电热的图片电脑芯片上加装电脑芯片上加装散热片和风扇散热片和风扇. .散热片增加了散热散热片增加了散热效果效果. .

6、 问题问题1. 1. 灯泡接入电路中时，灯泡和灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热却觉察不出来。这是为什电线的发热却觉察不出来。这是为什么么? ?灯泡的电阻比电线灯泡的电阻比电线的大得多，产生的的大得多，产生的热量更多。热量更多。问题问题2. 2. 假如在照明电路中接入大功假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？这又是为什么？大功率用电器大功率用

7、电器的电流过大，的电流过大，引起导线发热引起导线发热过多。过多。问题问题3.3.电路中负荷过大有什么危险？电路中负荷过大有什么危险？为什么？为什么？电路中负荷过大时，使电路中电流增电路中负荷过大时，使电路中电流增大，按大，按Q=IQ=I2 2RtRt计算，容易引起线路发计算，容易引起线路发热，甚至烧毁线路。热，甚至烧毁线路。显然，我们希望热量更多地集中在显然，我们希望热量更多地集中在电炉的发热体上，而不是与电炉相电炉的发热体上，而不是与电炉相连的导线上。根据今天所学的焦耳连的导线上。根据今天所学的焦耳定律定律Q=IQ=I2 2Rt Rt ，你对发热体和导线的，你对发热体和导线的材料有何建议？材

8、料有何建议？发热体：电阻率大、熔点高发热体：电阻率大、熔点高导线：电阻率小、熔点高导线：电阻率小、熔点高请你当设计师：请你当设计师：电路中电流过大的原因是：电路中电流过大的原因是：短路或总功率过大！短路或总功率过大！保险丝熔断或空气开关跳闸的原因是：保险丝熔断或空气开关跳闸的原因是：电路中电流过大！电路中电流过大！焦焦 耳耳 焦耳（焦耳（18181889），），英国物理学家。他极力想从实英国物理学家。他极力想从实验上去证明能量的不灭。对发验上去证明能量的不灭。对发现和确立能量守定律作出了主现和确立能量守定律作出了主要贡献。要贡献。 1840年，焦耳经过了多年，焦耳经过了多次通电导体产生热量的实

9、验发次通电导体产生热量的实验发现电能可以转化为热能，并且现电能可以转化为热能，并且得出了一条定律，导体在一定得出了一条定律，导体在一定时间内放出的热量同电路的电时间内放出的热量同电路的电阻以及电流强度二次方的乘积阻以及电流强度二次方的乘积成正比，即焦耳定律。成正比，即焦耳定律。 焦耳并不满足，在这一发现的基础上，焦耳并不满足，在这一发现的基础上，仍继续探讨各种运动形式之间的能量守恒仍继续探讨各种运动形式之间的能量守恒和转化的关系。和转化的关系。1843年，发现了热功当量，年，发现了热功当量，并测出其数值。并测出其数值。1850年，他又写了论热年，他又写了论热功当量的论文，总结和分析了以往工作功

10、当量的论文，总结和分析了以往工作的结果。以后，焦耳继续改进实验方法，的结果。以后，焦耳继续改进实验方法，不断提高实验的精确度，最后得到热功当不断提高实验的精确度，最后得到热功当量的值比现在的公认的值只小量的值比现在的公认的值只小0.7%，从当，从当时的条件来看，这样的精确度是惊人的。时的条件来看，这样的精确度是惊人的。焦耳在科学道路中勇于攀登，不怕困难，焦耳在科学道路中勇于攀登，不怕困难，精益求精的精神，很值得大家学习。精益求精的精神，很值得大家学习。小小 结结基本基本知识知识物理物理方法方法控制变量法控制变量法转换法转换法电流的热效应电流的热效应焦耳定律焦耳定律电热的利用和防止电热的利用和防

11、止问题：问题：为什么为什么“觉察不出和电觉察不出和电炉相连的电线发热炉相连的电线发热”？ 想 想 议 议我们知道，额定电压相同的灯泡，我们知道，额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，单位额定功率越大，电阻越小，单位时间内产生的热量越多。可是按时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？有矛盾，这是怎么回事？电流电流I I通电时间通电时间t t 热量与电阻的关系热量与电阻的关系相同相同R甲甲 R乙乙 R甲甲R乙乙 。 大大R甲甲在电流、通电时间在电流、通电时间相同时，阻值相

12、同时，阻值 的电阻产生的热量的电阻产生的热量多。多。电阻电阻R通电时间通电时间t t 热量与电流的关系热量与电流的关系相同相同 在电流在电流 的的情况下情况下 。 大大在电阻、通电时间在电阻、通电时间相同时，电流相同时，电流 的的电阻产生的热量多。电阻产生的热量多。大大 热量与时间的关系热量与时间的关系电阻电阻R R电流电流I I相同相同 在电阻、电流相同时，通电时间在电阻、电流相同时，通电时间 的电阻产生的热的电阻产生的热量多。量多。长长动脑筋动脑筋：n1. 1. 焦耳定律中有这样一句话焦耳定律中有这样一句话“电流通过电流通过导体时产生的热量导体时产生的热量，跟导体的电阻，跟导体的电阻成正比

13、，成正比，”小李想：如果让电炉在小李想：如果让电炉在一定时间里多放出热量，应增大电阻丝一定时间里多放出热量，应增大电阻丝的电阻，他的想法对吗？为什么？的电阻，他的想法对吗？为什么？n2. 2. 电风扇通电会发热，这些热量是人们希电风扇通电会发热，这些热量是人们希望得到的吗？电风扇的能量转化形式怎样？望得到的吗？电风扇的能量转化形式怎样？能否想办法减少电风扇的能量散失？能否想办法减少电风扇的能量散失？例例1 某电热器电阻丝的电阻为某电热器电阻丝的电阻为55欧欧,接入接入220V的电路中的电路中,在在20分钟内产生多少热量分钟内产生多少热量?例例2 如图所示，电源电压如图所示，电源电压220220

14、伏，伏，R R是电烙铁，是电烙铁，标有标有“220V220V，40W40W”字样；字样；L L是电灯泡，标有是电灯泡，标有“PZ220PZ2204040”字样字样. .当开关当开关S S闭合时，电烙铁闭合时，电烙铁每分钟产生的热量是每分钟产生的热量是_焦，当开关焦，当开关S S断断开时，电烙铁的实际功率是开时，电烙铁的实际功率是_瓦；开关瓦；开关S S断断 开后，整个电路工作开后，整个电路工作_小时消耗小时消耗1 1千瓦电能千瓦电能. .例例3 为了研究温度对种子发芽的影响为了研究温度对种子发芽的影响, ,课外课外活动小组要做一只电烘箱活动小组要做一只电烘箱, ,要求在要求在10min10mi

15、n内内产生产生6 610104 4J J的热量的热量, ,接用的是家庭电路接用的是家庭电路, ,请请计算一下这只电烘箱电热丝的电阻是多少计算一下这只电烘箱电热丝的电阻是多少? ? 标有标有“220V 100W220V 100W”的白炽灯正常工作的白炽灯正常工作时时, ,在在1min1min内将产生多少热量内将产生多少热量? ?将消耗多少将消耗多少电能电能? ?若接在若接在55V55V的电路中呢的电路中呢? ?练练1练练2练习练习3、图是一个电热毯的简化电路图，电源、图是一个电热毯的简化电路图，电源电压为电压为220V，R1是发热电阻，是发热电阻，R2是阻值为是阻值为616的分压电阻，的分压电阻

16、，S是控制电热毯工作状态的是控制电热毯工作状态的开关。开关。S转到触点转到触点1为断开状态；为断开状态；S转到触点转到触点2为为低温状态；低温状态；S转到触点转到触点3为高温状态，此时功率为高温状态，此时功率为为100W。求：。求： （l）当开关）当开关S转到触点转到触点3时。电热毯的发热电阻时。电热毯的发热电阻R1是多少是多少？（2）当开关）当开关S转到触点转到触点2时，时，通过电路的电流是多少安？通过电路的电流是多少安？发热电阻发热电阻R1消耗的功率是消耗的功率是多少瓦特？多少瓦特？练习练习4 4、CFXBCFXB型型“220V 1100W220V 1100W”电饭煲的原理图如电饭煲的原理

17、图如图所示，它有高温烧煮和焖饭、保温两挡，通过图所示，它有高温烧煮和焖饭、保温两挡，通过单刀双掷开关单刀双掷开关S S进行调节，进行调节，R0R0为电热丝当开关为电热丝当开关S S接高温烧煮挡时，电路的功率为接高温烧煮挡时，电路的功率为1100W1100W，当开关，当开关S S接焖饭、保温挡时，电路的总功率为接焖饭、保温挡时，电路的总功率为22W22W（1 1）电饭煲在高温烧煮挡时，开关电饭煲在高温烧煮挡时，开关S S应与哪个触点连应与哪个触点连接？（接？（2 2）电热丝）电热丝R0R0的阻值多大？（的阻值多大？（3 3）当电饭煲）当电饭煲在正常焖饭、保温时电路中的电流多大？焖饭、在正常焖饭、

18、保温时电路中的电流多大？焖饭、保温保温10min10min，电热丝，电热丝R0R0产生的热量为多少？产生的热量为多少？小结 拓展驶向胜利的彼岸 你认为今天这节课最需要你认为今天这节课最需要掌握的是掌握的是： 电流的热效应电流的热效应焦耳定律焦耳定律电热的利用和防止电热的利用和防止 如图所示，电源电压如图所示，电源电压220220伏，伏，R R是电烙铁，是电烙铁，标有标有“220V220V，40W40W”字样；字样；L L是电灯泡，标有是电灯泡，标有“PZ220PZ2204040”字样字样. .当开关当开关S S闭合时，电烙铁闭合时，电烙铁每分钟产生的热量是每分钟产生的热量是_焦，当开关焦，当开

19、关S S断断开时，电烙铁的实际功率是开时，电烙铁的实际功率是_瓦；开关瓦；开关S S断断 开后，整个电路工作开后，整个电路工作_小时消耗小时消耗1 1千瓦电能千瓦电能. .CFXBCFXB型型“220V 1100W220V 1100W”电饭煲的原理图如图所示，电饭煲的原理图如图所示，它有高温烧煮和焖饭、保温两挡，通过单刀双掷它有高温烧煮和焖饭、保温两挡，通过单刀双掷开关开关S S进行调节，进行调节，R R0 0为电热丝当开关为电热丝当开关S S接高温烧接高温烧煮挡时，电路的功率为煮挡时，电路的功率为1100W1100W，当开关，当开关S S接焖饭、接焖饭、保温挡时，电路的总功率为保温挡时，电路

20、的总功率为22W22W（1 1）电饭煲在）电饭煲在高温烧煮挡时，开关高温烧煮挡时，开关S S应与哪个触点连接？（应与哪个触点连接？（2 2）电热丝电热丝R R0 0的阻值多大？（的阻值多大？（3 3）当电饭煲在正常焖）当电饭煲在正常焖饭、保温时电路中的电流多大？焖饭、保温饭、保温时电路中的电流多大？焖饭、保温10min10min，电热丝，电热丝R R0 0产生的热量为多少？产生的热量为多少？电热的应用电热的应用电电内内热效应热效应发热体发热体大大高高电流的热效电流的热效应与哪些因应与哪些因素有关？素有关？点亮的灯泡过一会点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什儿会烫手，说明什么？么？导线和电熨斗串联，为什么导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不是很电熨斗很热而导线并不是很热？说明什么？热？说明什么？电流热效应的利用电流热效应的利用v制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）v制白炽灯制白炽灯v制保险丝（要求保险丝材料电阻率大、熔点低）制保险丝（要求保险丝材料电阻率大、熔点低）1.1.电流的热效应：电流的热效应：电流通过导体时电能转化为热能的现电流通过导体时电能转