1、第4节焦耳定律【新课导思新课导思】我们在使用电暖气时我们在使用电暖气时,导线和电暖导线和电暖气中通过的电流相同气中通过的电流相同,电暖气很热电暖气很热,而导线却几乎不怎么热而导线却几乎不怎么热,这是为什么这是为什么?【目标导学目标导学】1.1.知道电流的热效应。知道电流的热效应。2.2.通过探究通过探究,知道电流的热效应与电流、电阻和通电时知道电流的热效应与电流、电阻和通电时间有关。间有关。3.3.知道焦耳定律知道焦耳定律,并会应用焦耳定律进行计算。并会应用焦耳定律进行计算。4.4.知道电热的利用和防止。知道电热的利用和防止。【自主预习自主预习】1.1.电流的热效应电流的热效应:定义定义:电流
2、通过导体时电流通过导体时_转化成转化成_的现象。的现象。2.2.探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关:(1)(1)探究电流通过导体时产生热量与电阻的关系。探究电流通过导体时产生热量与电阻的关系。实验思路实验思路:控制控制_、_不变不变,改变改变_。实验结论实验结论:电流、通电时间相同时电流、通电时间相同时,_,_越大越大,电阻产电阻产生的热量越多。生的热量越多。电能电能内能内能电流电流通电时间通电时间电阻电阻电阻电阻(2)(2)探究电流通过导体时产生热量与电流的关系。探究电流通过导体时产生热量与电流的关系。实验思路实验思路:控制控制_、_不变
3、不变,改变改变_。实验结论实验结论:电阻、通电时间相同时电阻、通电时间相同时,_,_越大越大,电阻产生的热量越多。电阻产生的热量越多。电阻电阻通电时间通电时间电流电流通过电阻的电流通过电阻的电流3.3.焦耳定律焦耳定律:(1)(1)确定确定:英国物理学家英国物理学家_最先精确地确定电流产最先精确地确定电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。(2)(2)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_成正比成正比,跟导体的跟导体的_成正比成正比,跟跟_成正比。成正比。(3)(3)公式公式:_:_。焦耳焦耳电流的二次方电流的二次方电阻电阻通电时
4、间通电时间Q=IQ=I2 2RtRt(4)(4)电流通过导体时电流通过导体时,如果电能全部转化为内能如果电能全部转化为内能,没有没有同时转化为其他形式的能量同时转化为其他形式的能量,电流产生的热量电流产生的热量Q_Q_消消耗的电能耗的电能W,W,即即_。等于等于Q=W=UItQ=W=UIt4.4.电热的利用和防止电热的利用和防止:(1)(1)电热的利用电热的利用:_:_、_、_、养鸡、养鸡场的电热孵化器等。场的电热孵化器等。(2)(2)电热的防止电热的防止:_:_、散热片、散热扇等。、散热片、散热扇等。电热水器电热水器电饭锅电饭锅电熨斗电熨斗散热孔散热孔知识点一知识点一 电流通过导体时产生的热
5、量与哪些因素有电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关关1.1.提出问题提出问题:电流通过导体时产生的热量与哪些因素有电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关关?2.2.猜想与假设猜想与假设:电流产生的热量可能与电流产生的热量可能与_有关。有关。参考答案参考答案:电流、电阻、通电时间电流、电阻、通电时间3.3.实验方法实验方法:(1)(1)由于电流产生的热量可能与多个因素有关由于电流产生的热量可能与多个因素有关,故需要故需要利用利用_法。法。(2)(2)实验中实验中,电流通过导体产生热量的多少无法直接显电流通过导体产生热量的多少无法直接显示示,通过通过_显示产生热量的多显示产生热量的多少少,这种方
6、法为这种方法为_。参考答案参考答案:(1)(1)控制变量控制变量(2)U(2)U形管中液面的高度差转换法形管中液面的高度差转换法4.4.进行实验进行实验:(1)(1)探究电流产生的热量与电阻的关系。探究电流产生的热量与电阻的关系。实验装置实验装置:如图所示如图所示,两个透明容器中密封等量的空两个透明容器中密封等量的空气气,两个容器中都有一段电阻丝两个容器中都有一段电阻丝,两电阻丝串联两电阻丝串联,且右边且右边容器中的电阻比较大。容器中的电阻比较大。实验现象实验现象:通电一段时间后通电一段时间后,发现与右边容器相通的发现与右边容器相通的U U形管液面高度差较大。形管液面高度差较大。实验结论实验结
7、论:_:_。参考答案参考答案:在电流相同、通电时间相同的情况下在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻电阻越大越大,电阻产生的热量越多电阻产生的热量越多(2)(2)探究电流产生的热量与电流的关系。探究电流产生的热量与电流的关系。实验装置实验装置:如图所示如图所示,两个密闭容器中的电阻一样大两个密闭容器中的电阻一样大,在右边容器的外部在右边容器的外部,将一个电阻和这个容器内的电阻并将一个电阻和这个容器内的电阻并联。联。实验现象实验现象:通电一段时间后通电一段时间后,发现与左边容器相通的发现与左边容器相通的U U形管液面高度差较大。形管液面高度差较大。实验结论实验结论:_:_。参考答案参考答案:在电
8、阻相同、通电时间相同的情况下在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过通过电阻的电流越大电阻的电流越大,电阻产生的热量越多。电阻产生的热量越多。5.5.【交流与讨论交流与讨论】:实验中实验中,加热空气与加热液体相比加热空气与加热液体相比有什么优点有什么优点?参考答案参考答案:一是安全一是安全,如果容器内是液体如果容器内是液体,则液体与电接则液体与电接触触,加热空气不会出现漏电的危险。二是省电加热空气不会出现漏电的危险。二是省电,由于加由于加热的是空气热的是空气,因此耗电量非常小。三是空气膨胀大因此耗电量非常小。三是空气膨胀大,实实验效果更好。验效果更好。【示范题示范题1 1】(2016(2016宜
9、昌中考改编宜昌中考改编)采用如图所示的装采用如图所示的装置探究置探究“电流产生的热量跟什么因素有关电流产生的热量跟什么因素有关”,接通电源接通电源,瓶内的空气被加热后膨胀瓶内的空气被加热后膨胀,使使U U形管中的液面发生变化形管中的液面发生变化,通过观察通过观察U U形管的液面变化情况比较出瓶内电阻丝的发形管的液面变化情况比较出瓶内电阻丝的发热多少。热多少。(1)(1)如图所示的是探究电流产生的热量跟如图所示的是探究电流产生的热量跟_的的关系关系,通电一段时间通电一段时间_(_(选填选填“左瓶左瓶”或或“右右瓶瓶”)内的电阻丝产生的热量多。内的电阻丝产生的热量多。(2)(2)让实验装置冷却到初
10、始状态让实验装置冷却到初始状态,把右瓶并联的两根电把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内阻丝都放入瓶内,接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少。接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟此时该装置是探究电流产生的热量跟_的关的关系系,一段时间后电阻丝产生的热量一段时间后电阻丝产生的热量_(_(选填选填“左瓶左瓶”“”“右瓶右瓶”或或“两瓶一样两瓶一样”)多。多。(3)(3)该实验中用到了控制变量法和该实验中用到了控制变量法和_法。法。【精讲精析精讲精析】(1)(1)装置中装置中,右边两个右边两个55的电阻并联后与的电阻并联后与左边左边55的电阻再串联的电阻再串联;根据串联电路的电流
11、特点可知根据串联电路的电流特点可知,右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等,即即I I右右=I=I左左,两个两个55的电阻并联的电阻并联,根据并联电路的电流特点可根据并联电路的电流特点可知知I I右右=I=I内内+I+I外外,比较可知比较可知I I左左II内内;两瓶中电阻相等两瓶中电阻相等(均为均为5),5),通电时间相等通电时间相等,电流不同电流不同,故探究的是电流产生的故探究的是电流产生的热量跟电流的关系热量跟电流的关系;通电一段时间后通电一段时间后,由于电阻相同、由于电阻相同、通电时间相同、通电时间相同、I I左左II内内,根据焦耳定律根据焦耳定
12、律Q=IQ=I2 2RtRt可知可知,左左瓶内的电阻丝产生的热量多。瓶内的电阻丝产生的热量多。(2)(2)让实验装置冷却到初始状态让实验装置冷却到初始状态,把右瓶并联的两根电把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内阻丝都放入瓶内,右瓶中两根电阻丝对瓶内空气进行加右瓶中两根电阻丝对瓶内空气进行加热热;根据并联电路总电阻的计算公式可得根据并联电路总电阻的计算公式可得,右瓶中两根右瓶中两根55电阻丝的总电阻为电阻丝的总电阻为2.5,2.5,小于小于5,5,即即R R左左RR右右;两瓶两瓶内电阻丝的总电阻不相等内电阻丝的总电阻不相等,通电时间相等通电时间相等,电流相等电流相等,故故探究的是电流产生的热量跟电阻
13、的关系探究的是电流产生的热量跟电阻的关系;通电一段时间通电一段时间后后,由于电流相同由于电流相同(即即I I右右=I=I左左)、通电时间相同、通电时间相同、R R左左RR右右,根据焦耳定律根据焦耳定律Q=IQ=I2 2RtRt可知可知,左瓶内的电阻丝产生的热量左瓶内的电阻丝产生的热量多。多。(3)(3)瓶内的空气被加热后膨胀瓶内的空气被加热后膨胀,使使U U形管中的液面发生变形管中的液面发生变化化,通过观察通过观察U U形管的液面变化情况比较出瓶内电阻丝形管的液面变化情况比较出瓶内电阻丝的发热多少。故该实验还用到了转换法。的发热多少。故该实验还用到了转换法。答案答案:(1)(1)电流左瓶电流左
14、瓶(2)(2)电阻左瓶电阻左瓶(3)(3)转换转换【微点拨微点拨】(1)(1)实验中利用了控制变量法和转换法。实验中利用了控制变量法和转换法。(2)(2)在实验中要使两容器密闭在实验中要使两容器密闭,不能漏气。不能漏气。(3)(3)实验结束时实验结束时,要及时断电要及时断电,防止防止U U形管里的水溢出。形管里的水溢出。知识点二知识点二 焦耳定律焦耳定律1.1.公式的应用公式的应用:应用公式应用公式电热电热(焦耳定律焦耳定律)适用范围适用范围基本公式基本公式Q=IQ=I2 2RtRt普遍适用普遍适用导出公式导出公式Q=Q=t=UItt=UIt仅适用于纯电阻仅适用于纯电阻电路电路,W=Q,W=Q
15、备注备注:计算时计算时,公式中的各物理量要对应于同一导体或公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路。同一段电路。2.2.串、并联电路中电热与电阻的关系串、并联电路中电热与电阻的关系:(1)(1)串联电路串联电路:电热与电阻成正比电热与电阻成正比,即即Q Q1 1QQ2 2=R=R1 1RR2 2。(2)(2)并联电路并联电路:通电时间相同时通电时间相同时,电热与电阻成反比电热与电阻成反比,即即Q Q1 1QQ2 2=R=R2 2RR1 1。【示范题示范题2 2】(2015(2015杭州中考杭州中考)某同学根据如图所示电某同学根据如图所示电路进行实验路进行实验,先用夹子夹住电动机转轴使其不能
16、转动先用夹子夹住电动机转轴使其不能转动,闭合开关闭合开关S,S,移动滑动变阻器滑片移动滑动变阻器滑片,记下电压表读数和电记下电压表读数和电流表读数流表读数;然后松开夹子然后松开夹子,使电动机转轴转动使电动机转轴转动,移动滑动移动滑动变阻器滑片变阻器滑片,记下电压表读数和电流表读数。数据记录记下电压表读数和电流表读数。数据记录如表如表:U/VU/VI/AI/AW/JW/JQ/JQ/J不转动不转动0.20.20.20.2W W1 1Q Q1 1转动转动3.03.01.21.2W W2 2Q Q2 2利用如表数据计算和分析利用如表数据计算和分析:(1)(1)电动机不转动时电动机不转动时,通电通电10
17、s,10s,电动机所做的电功电动机所做的电功W W1 1和和所产生的热量所产生的热量Q Q1 1。(2)(2)电动机转动时电动机转动时,通电通电10s,10s,电动机所做的电功电动机所做的电功W W2 2和所和所产生的热量产生的热量Q Q2 2。(3)(3)试比较试比较W W1 1和和Q Q1 1的大小关系以及的大小关系以及W W2 2和和Q Q2 2的大小关系的大小关系,并并分析其原因。分析其原因。【精讲精析精讲精析】本题考查电功与热量的计算。本题考查电功与热量的计算。(1)(1)电动机不转动时电动机不转动时,电动机所做的电功电动机所做的电功:W W1 1=U=U1 1I I1 1t=0.2
18、Vt=0.2V0.2A0.2A10s=0.4J;10s=0.4J;因为因为I=I=,所以电动机不转动时电阻所以电动机不转动时电阻R=R=电动机所产生的热量电动机所产生的热量Q Q1 1=Rt=(0.2A)Rt=(0.2A)2 21110s=0.4J10s=0.4J。UR11U0.2 V1,I0.2 A(2)(2)电动机转动时所做的电功电动机转动时所做的电功W W2 2=U=U2 2I I2 2t=3.0Vt=3.0V1.2A1.2A10s=36J,10s=36J,电动机转动时电阻电动机转动时电阻R R与电动机不转动时的电阻相等与电动机不转动时的电阻相等,电动机所产生的热量电动机所产生的热量:Q
19、 Q2 2=I=I2 22 2Rt=(1.2A)Rt=(1.2A)2 21110s=14.4J10s=14.4J。(3)(3)通过上述计算可得通过上述计算可得,W,W1 1=Q=Q1 1,W,W2 2QQ2 2,电动机未转动时电动机未转动时,电流流经线圈时电能全部转化为内能电流流经线圈时电能全部转化为内能,因此因此W W1 1=Q=Q1 1;电动电动机转动时机转动时,电流流经线圈时电能一部分转化为机械能电流流经线圈时电能一部分转化为机械能,另一部分转化为内能另一部分转化为内能,因此因此W W2 2QQ2 2。答案答案:(1)0.4J(1)0.4J0.4J0.4J(2)36J(2)36J14.4J14.4J(3)W(3)W1 1=Q=Q1 1,W,W2 2QQ2 2,电动机未转动时电动机未转动时,电流流经线圈时电能电流流经线圈时电能全部转化为内能全部转化为内能,因此因此W W1 1=Q=Q1 1;电动机转动时电动机转动时,电流流经电流流经线圈时电能一部分转化为机械能线圈时电能一部分转化为机械能,另一部分转化为内能另一部分转化为内能,因此因此W W2 2QQ2 2。
