1、18.4 18.4 焦耳定律焦耳定律1 1、知道电流的热效应、知道电流的热效应. .2 2、知道焦耳定律，会用焦耳定律进行计算、知道焦耳定律，会用焦耳定律进行计算. .3 3、能用焦耳定律解释简单的现象、能用焦耳定律解释简单的现象. .(1)(1)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡有什灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡有什么感觉？为什么？么感觉？为什么？ (2)(2)电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？为什么？部分有什么感觉？为什么？发烫发烫. .是电流的热效应是电流的热效应. .问题问题电流的热效应电流的热效应生活中生活中. .许多用电器接通电
2、源后许多用电器接通电源后. .都伴有热现象产生都伴有热现象产生. .电流通过导体时电能转化为内能，这种现象电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应叫做电流的热效应.灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。这是为什么？发光，电线的发热却觉察不出来。这是为什么？烫手烫手不烫手着火着火了！了！whywhy？家庭电路中使用功率过大的用电家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾，这又是为什么？器可能引起火灾，这又是为什么？烫烫手手不
3、烫不烫手手家庭电路中使家庭电路中使用功率过大的用功率过大的用电器可能引用电器可能引起火灾。起火灾。灯泡接入电路中时，灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不电线的发热却觉察不出来。出来。要解释上述两个现象，我们必须研究要解释上述两个现象，我们必须研究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.点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？说明什么？电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关？电流通过导体产生
4、热的多少跟什么因素有关？ 猜想与假设猜想与假设 1.1.可能与可能与电阻电阻有关。电阻越大，电流热效应越大有关。电阻越大，电流热效应越大电流的热效应与那些因素有关？电流的热效应与那些因素有关？2.2.可能与可能与电流电流有关。电流越大，电流热效应越大有关。电流越大，电流热效应越大3.3.可能与可能与通通电时间电时间有关。通电时间越长，电流热有关。通电时间越长，电流热效应越大效应越大讨论讨论1.1.当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用 什什么方法去研究？么方法去研究？ 设计实验设计实验 控制变量法控制变量法讨论讨论2.2.用什么方法和器材去观察那些不可见的
5、物理量？用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？转换法转换法电热电热气体（或液体）受热膨胀气体（或液体）受热膨胀.观察产生热量的多少观察产生热量的多少实验过程与实验现象：实验过程与实验现象：（1 1）在电流和时间相同的情况下，研究热）在电流和时间相同的情况下，研究热量和电阻的关系；量和电阻的关系；（2 2）在电阻和时间相同的情况下，研究热）在电阻和时间相同的情况下，研究热量和电流的关系；量和电流的关系；（3 3）在电流和电阻相同的情况下，研究热）在电流和电阻相同的情况下，研究热量和时间的关系；量和时间的关系；实验实验1 1：研究电热与电阻关系：研究电热与电阻关系R1 = 5 R2 = 10
6、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.电阻丝电阻丝102R在电流、通电时间相同时，阻值在电流、通电时间相同时，阻值 大大 的电阻产生的热量多的电阻产生的热量多. . 51R实验实验1 1：研究电热与电阻关系：研究电热与电阻关系实验实验2 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一个电阻的电流越大.这个电阻产生的热量越多这个电阻产生的热量越多.电阻
7、丝电阻丝102R在电阻、通电时间相同时，电流在电阻、通电时间相同时，电流 大大 的电阻产生的热量多的电阻产生的热量多. .102R实验实验2 2：研究电热与电流关系：研究电热与电流关系电阻丝电阻丝RR在电流、电阻相同时，通电时间在电流、电阻相同时，通电时间 长长 的产生的热量多的产生的热量多. .实验实验3 3：研究电热与通电时间关系：研究电热与通电时间关系1 1、在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产、在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多生的热量越多. .（I I与与t t相同，相同，R R越大，越大，Q Q越多）越多）2 2、在通电时间、电阻相同的情况下，电流、在通电
8、时间、电阻相同的情况下，电流 越大，产生的热量越多越大，产生的热量越多. .（ R R与与t t相同，相同，I I越大，越大，Q Q越多）越多）3 3、在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，产、在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多生的热量越多. .（ R R与与I I相同，相同，t t越大，越大，Q Q越多）越多）英国物理学家焦耳做了大量的实验，于英国物理学家焦耳做了大量的实验，于18401840年最先年最先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律间的关系，即焦耳定律. . 实验结论：实验结论：焦耳定律焦耳
9、定律Q =IQ =I Rt Rt 热量热量 电流电流 电阻电阻 时间时间J A J A S S公式：公式：意义：意义：单位：单位：焦耳定律：焦耳定律：电流通过导体产生的热量电流通过导体产生的热量跟跟电流的二次方成正比电流的二次方成正比，跟导体的，跟导体的电电阻成正比阻成正比，跟，跟通电时间成正比通电时间成正比. 焦耳焦耳 (18181889)纯电阻电路纯电阻电路: 电能电能 内能内能 QI2Rt WUIt=M非纯电阻电路非纯电阻电路:电能电能 内能内能+其它形式的能其它形式的能WE其其 + QUIt I2Rt=Q 例例1 1：一根：一根6060 的电阻丝接在的电阻丝接在36v36v的电源上，在
10、的电源上，在5 5分钟内分钟内共产生多少热量？共产生多少热量？分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。耳定律公式计算电流产生的热量。解：解：A6 . 060V36RUI6480J300606 . 022RtIQ例题例题例例2 2：某电动机上标有：某电动机上标有“220V,2A”220V,2A”它的线圈电阻为它的线圈电阻为5 5 ，当，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？量为多少？如
11、没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？解：消耗的电能为解：消耗的电能为: : W W总总=UIt=UIt=220V=220V2A2A60S=26400J60S=26400J线圈中产生的热量为：线圈中产生的热量为：Q=IQ=I2 2Rt=(2A)Rt=(2A)2 25 5 60S=1200J 60S=1200J 得到的机械能为：得到的机械能为： W W机机=W=W总总Q=26400JQ=26400J1200J=25200J1200J=25200J例题例题想想议议想想议议 从前面学习知道，额定电压相同的灯泡，额定功率越大从前面学习知道，额定电压相同的灯泡，额定功率越大.电阻越小，单位时间内产生的
12、热量越多电阻越小，单位时间内产生的热量越多.可是按照焦耳定律可是按照焦耳定律.电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？这是怎么回事？ 根据焦耳定律和欧姆定律，电流通过用电器的单位时根据焦耳定律和欧姆定律，电流通过用电器的单位时间内产生的热量为间内产生的热量为 或或 .其中其中表表示通过用电器的电流相等时，用电器电阻越大，单位时间示通过用电器的电流相等时，用电器电阻越大，单位时间内产生的热量越多；内产生的热量越多； 表示用电器的两端的电压表示用电器的两端的电压相等时，用电器电阻越小，单位时间内产生的热量越多。相等时，用
13、电器电阻越小，单位时间内产生的热量越多。因此，两者是不矛盾的。因此，两者是不矛盾的。前面两个现象的解释前面两个现象的解释1第一个为什么第一个为什么 因为灯泡和电线流过相同的电流，灯泡发光时的电阻比电因为灯泡和电线流过相同的电流，灯泡发光时的电阻比电线的电阻大得多，根据焦尔定律线的电阻大得多，根据焦尔定律 Q = I2Rt 可知，在相同的时间可知，在相同的时间内电流通过灯泡产生的热量比通过电线产生的热量大得多。因内电流通过灯泡产生的热量比通过电线产生的热量大得多。因此，灯泡热得发光，电线的发热却察觉不出来。此，灯泡热得发光，电线的发热却察觉不出来。第二个为什么第二个为什么 大功率的用电器用电线连
14、接在照明电路中时，由于照明电大功率的用电器用电线连接在照明电路中时，由于照明电路的电压是一定的，从路的电压是一定的，从 P = UI 可知，在电线的电阻相同的情况可知，在电线的电阻相同的情况下，跟用电器相连的电线中通过的电流比跟灯泡相连的电线中下，跟用电器相连的电线中通过的电流比跟灯泡相连的电线中通过的电流大得多。根据通过的电流大得多。根据 Q = I2Rt 可知，在相同的时间内电流可知，在相同的时间内电流通过跟用电器相连的电线产生的热量比通过跟灯泡相连的电线通过跟用电器相连的电线产生的热量比通过跟灯泡相连的电线产生的热量大得多。因此跟用电器相连的电线显著发热，有可产生的热量大得多。因此跟用电
15、器相连的电线显著发热，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。2讨论讨论1、电热的利用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电孵化器等等.2、电热的防止：电视机后盖的散热窗、电脑主机里面的小电风扇等等.电热的利用和防止电热的利用和防止电热的危害和防止电热的危害和防止1将两根火柴分别放在串联的两根电热丝R1和R2上，若R1=5 R2，通电后问那根火柴先被点燃 （ ）A. R1在上的火柴B. 在R2上的火柴C. 同时点燃D. 无法确定2要使电热器在单位时间内放出的热量减少一半，则应使 （ ）A. 通过它的电流减小一半B. 它两端的电压减小一半C. 它的电阻减小一半D. 电压和电阻
16、均减小一半练习小结一一. .电流的热效应电流的热效应1.1.定义定义: :电流通过导体导体会电流通过导体导体会发热发热的现象的现象. .2.2.实质实质: :电能转化为内能电能转化为内能. .二二. .电热器电热器1.1.定义定义: :将电能转化为内能的装置将电能转化为内能的装置. .2.2.原理原理: :电流的热效应电流的热效应. .3.3.组成组成: :电热器的主要组成部分是发热体电热器的主要组成部分是发热体.三三. .焦耳定律焦耳定律( (控制变量法控制变量法 转换法转换法) )1.1.内容内容: :电流通过导体产生的热量电流通过导体产生的热量, ,与电流的平方成正比与电流的平方成正比,
17、 ,与与导体的电阻成正比导体的电阻成正比, ,与通过时间成正比与通过时间成正比. .2.2.公式公式:Q=IQ=I2 2RtRt3.3.单位单位: : 电流电流-安安(A)(A) 电阻电阻-欧欧() ) 时间时间-秒秒(s)(s) 热量热量-焦焦(J)(J) 焦耳致力于热功当量的精确测定达焦耳致力于热功当量的精确测定达4040年之久年之久. .他用实验证明他用实验证明“功功”和和“热量热量”之间有确定的关之间有确定的关系，为热力学第一定律的建立确定了牢固的实验系，为热力学第一定律的建立确定了牢固的实验基础基础. . 焦耳是英国物理学家焦耳是英国物理学家. .他一生他一生的大部分时间是在实验室里度过的大部分时间是在实验室里度过的的.1840.1840年，焦耳通过大量的实验年，焦耳通过大量的实验终于确定了电流产生的热量跟电流终于确定了电流产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这个规律比，跟通电时间成正比，这个规律就是焦耳定律。就是焦耳定律。
