1、第十八章电功率第4节焦耳定律天津市静海区团泊镇中学高级物理教师天津市静海区团泊镇中学高级物理教师 李国海李国海九年级物理优秀教学课件系列4P =P =W Wt t变形得变形得: :W = PtW = Pt公式：公式：t = t = W WP PP = UI P = UI P = IP = I2 2R RP =P =U U2 2R R推导公式：推导公式：W WUItUItW WI I2 2RtRtW W t tU U2 2R R公式：公式：推导公式：推导公式：电功电功电功率电功率物理意义：物理意义：物理意义：物理意义：表示电流表示电流做功快慢做功快慢表示电流表示电流做功多少做功多少一、知识回顾一
2、、知识回顾二、从一个生活故事开始二、从一个生活故事开始电视机工作时要发电视机工作时要发 热这些用电器工作时共同特点是什么？这些用电器工作时共同特点是什么？工作时要发热工作时要发热将电能转化为内能将电能转化为内能1 1、电流通过导体时电能转化成内电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的能，这个现象叫做电流的热效应热效应。三、三、电流的热效应电流的热效应2 2、电流的三种效应、电流的三种效应电流的电流的热效应热效应电流的电流的化学效应化学效应电流电流的的磁效应磁效应电流通过导体产生的热通常叫电流通过导体产生的热通常叫电热电热。 电流的电流的热热效应：电流通过导体时电能效应：电流通过导体时电
3、能转化为内能的现象转化为内能的现象（电炉）（电炉） 电流的电流的化学化学效应：电流通过导电的液体效应：电流通过导电的液体会发生会发生化学化学变化变化. 在化学课中已学过，如在化学课中已学过，如电解水的实验电解水的实验（电镀）（电镀） 电流的电流的磁磁效应：通电导线周围存在磁场，效应：通电导线周围存在磁场，即电能生磁即电能生磁。（电磁铁（电磁铁）（在第在第20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丝热得发红，而导线却几乎不发热? ?电流通过导体时产生
4、热的多少跟什么因电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关素有关? ?你知道其中奥秘吗？你知道其中奥秘吗？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
5、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1.1.猜想与假设猜想与假设1.可能与可能与电阻电阻有关。有关。电阻越大，电流热效应越大电阻越大，电流热效应越大四、探究电流产生的热量的因素四、探究电流产生的热量的因素2.可能与可能与电流电流有关。有关。电流越大，电流热效应越大电流越大，电流热效应越大3.可能与可能与通通电时间电时间有关。有关。通电时间越长，电流热通电时间越长，电流热效应越大效应越大由于电流通过用电器所产生热量的大小不易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，实验中怎样将它变为便直接进行观察比较，实验中怎样将它变为便于直接观察比较的现象呢？于直
6、接观察比较的现象呢？转化法转化法2.2.实验实验 方法方法： 1 1、控制变量法、控制变量法2 2、转换法、转换法3.3.实验器材实验器材电流电流 电流表电流表时间时间 表表电热电热方案方案1：原理、利用气体的热胀冷缩。：原理、利用气体的热胀冷缩。 器材、器材、密封的气体，显示气体体积变化的密封的气体，显示气体体积变化的细管、细管、U形管形管 方案方案2；原理、利用液体受热升温。器材、；原理、利用液体受热升温。器材、 易受热升温的液体，易受热升温的液体，例如煤油而不是水，带例如煤油而不是水，带 塞的烧瓶，温度计塞的烧瓶，温度计没有测量工具转换法转换法实验装置：实验装置： 新教材的实验装置新教材
7、的实验装置老教材的实验装置老教材的实验装置新老教材的实验装置 那个效果更好一些那？实验装置实物图实验1：探究电热与电阻关系R1 = 5 R2 = 10 A在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。实验实验2：探究：探究电热与电流关系电热与电流关系I = 2I1IAR = 5 R = 5R =5I1 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多。得出定性结论：得出定性结论：结论一：结论一：在电流相同、通电时间相同的情况下，电在电流相同、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。阻越大，这个电阻产生的热量越多。结论二：结论
8、二：在电流相同、电阻相同的情况下，通电时在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。间越长，这个电阻产生的热量越多。结论三：结论三：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通在电阻相同、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多。过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。焦耳（焦耳（James Prescott James Prescott JouleJoule，1818188918181889），英），英国物理学家。用近国物理学家。用近 40 40 年的年的时间做了时间做了 400 400 多次实验，多次实验，研究热和功的关系。通过大研究热和功
9、的关系。通过大量的实验，于量的实验，于 1840 1840 年最先年最先精确地确定了电流产生的热精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间量与电流、电阻和通电时间的关系。的关系。焦焦 耳耳走进焦耳1内容：内容：电流通过导体产生电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。跟通电时间成正比。2 2表达式：表达式：Q = IQ = I2 2RtRt3 3单位：单位：焦耳（焦耳（J J）4 4推导公式：推导公式：Q = UItQ = UItQ = tQ = tU U2 2R R五、焦耳定律五、焦耳定律条件：电能
10、全部转化为内能条件：电能全部转化为内能Q = PtQ = Pt即：即：Q=WQ=W5.5.串并联电路中电热的关系：串并联电路中电热的关系：R R1 1R R2 2R R1 1R R2 2串联电路中：串联电路中：得：得：Q Q1 1 ：Q Q2 2 = R= R1 1 ：R R2 2并联电路中：并联电路中：得：得：Q Q1 1 ：Q Q2 2 = R= R2 2 ：R R1 1任何电路中：任何电路中：Q Q总总= Q= Q1 1 + Q+ Q2 2 + + 根据公式根据公式 推导推导根据公式根据公式 推导推导Q = IQ = I2 2RtRtQ = tQ = tU U2 2R RR R1 1R
11、R2 2R R1 1R R2 2S S1 1S S1 1 分析上面两个电路当开关处于什么状态是高档分析上面两个电路当开关处于什么状态是高档和低档？和低档？ 根据公式根据公式 可知：当电压和通电时间可知：当电压和通电时间一定时，总电阻越小，电热越大；总电阻越大，电一定时，总电阻越小，电热越大；总电阻越大，电热越小。热越小。Q = tQ = tU U2 2R R请看两个用电器的发热元件的连接原理图请看两个用电器的发热元件的连接原理图提醒！家用电器都是并联在电路中使用的！（1 1）在）在纯电阻电路纯电阻电路中（如：电暖器，电饭锅，中（如：电暖器，电饭锅，电炉子等），电炉子等），当电流通过导体时，电能
12、全部转化为当电流通过导体时，电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，这样电内能，而没有同时转化成其他形式的能量，这样电流产生的热量流产生的热量Q Q 就等于消耗的电能就等于消耗的电能W W，即即（2 2）在在非纯电阻电路非纯电阻电路中，如当电扇工作时，消中，如当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：耗的电能主要转化为电机的机械能：W W Q Q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=IQ=I2 2RtRt（焦耳定律）（焦耳定律）来计算电热来计算电热Q = W = UIt = Pt=Q = W = UIt = Pt= =I=I2 2RtRtt tU
13、U2 2R R6.用电器热量的计算特别注意点用电器热量的计算特别注意点Q = I2Rt =(0.6 A)260 W W300 s = 6 480 J 例题例题1：一根：一根 60 的电阻丝接在的电阻丝接在 36 V的电源的电源两端，在两端，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: :I = = 0.6 AUR36 V60 （3）例题分析例题例题2：一台电动机电阻为：一台电动机电阻为10 ，接在，接在 220 V的电源两端，通过的电流为的电源两端，通过的电流为5A，在，在 5 min内共消耗内共消耗多少电能？产
14、生多少热量多少电能？产生多少热量?获得多少机械能？获得多少机械能？当电当电动机被卡住时，产生电热是多少？动机被卡住时，产生电热是多少？解解: :W= UItW= UIt220V220V5A5A5 560s60s3.33.310105 5J JQ = IQ = I2 2Rt Rt (5A)(5A)2 210 10 5 560s 60s 7.57.510104 4J JW W机机=W=WQ Q 3.33.310105 5J J 7.57.510104 4J J 2.552.5510105 5J JI I = = = = = 22 A22 AU UR R220 V220 V10 10 Q = IQ
15、= I2 2Rt Rt (22A(22A）2 210 10 5 560s 60s 1.4521.45210106 6J JM M220V220V（3）例题分析例例3 3：额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻：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。可是越小，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，这是怎么回事多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事? ?答：答：电压相同（一般为并联）时，电功率与电电压相同（一般为并联）时，电功率与电阻成反比；阻成反比
16、；电阻越小，正常工作时单位时间内产生电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多；的热量越多；电流相同（一般为串联电流相同（一般为串联），）， 电功率与电功率与电阻成正比电阻成正比电阻越大，单位时间内产生的热量越多。电阻越大，单位时间内产生的热量越多。两者并不矛盾。两者并不矛盾。（3）例题分析例题例题4 4：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（0.010.001），而电炉电阻很大（几十、几百欧姆），导线和电炉丝是串联串联接入电路的，通过电炉丝和导线的电电流流I I相同相同，根据焦耳
17、定律Q=I2Rt,在相同时间t内导线产生热比电炉丝产生的热少得多，所以电炉丝很快发红发热，而导线却不热。还记得本节课开始时我们提出的疑问吗？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电热器电热器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。六、电热器六、电热器利用利用电流的电流的热效应热效应工作工作的用电器叫的用电器叫电热器电热器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，如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热运行时要用微型风扇及时散热等等。等等。2电热的危害电热的危害使用不当会造成火灾，造成财产损失甚使用不当会造成火灾，造成财产损失甚至人员伤亡事故，必须提高警惕！至人员伤亡事故，必须提高警惕！2020.09.28修订再见
