第4节　焦耳定律　


【新课导思】我们在使用电暖气时,导线和电暖气中通过的电流相同,电暖气很热,而导线却几乎不怎么热,这是为什么?


【目标导学】1.知道电流的热效应。2.通过探究,知道电流的热效应与电流、电阻和通电时间有关。3.知道焦耳定律,并会应用焦耳定律进行计算。4.知道电热的利用和防止。


【自主预习】1.电流的热效应:定义:电流通过导体时_____转化成_____的现象。2.探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关:(1)探究电流通过导体时产生热量与电阻的关系。①实验思路:控制_____、_________不变,改变_____。②实验结论:电流、通电时间相同时,_____越大,电阻产生的热量越多。电能内能电流通电时间电阻电阻


(2)探究电流通过导体时产生热量与电流的关系。①实验思路:控制_____、_________不变,改变_____。②实验结论:电阻、通电时间相同时,_______________越大,电阻产生的热量越多。电阻通电时间电流通过电阻的电流


3.焦耳定律:(1)确定:英国物理学家_____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。(2)内容:电流通过导体产生的热量跟_____________成正比,跟导体的_____成正比,跟_________成正比。(3)公式:______。焦耳电流的二次方电阻通电时间Q=I2Rt


(4)电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,没有同时转化为其他形式的能量,电流产生的热量Q_____消耗的电能W,即________。等于Q=W=UIt


4.电热的利用和防止:(1)电热的利用:_________、_______、_______、养鸡场的电热孵化器等。(2)电热的防止:_______、散热片、散热扇等。 电热水器电饭锅电熨斗散热孔


知识点一电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关1.提出问题:电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关?2.猜想与假设:电流产生的热量可能与______________有关。参考答案:电流、电阻、通电时间



3.实验方法:(1)由于电流产生的热量可能与多个因素有关,故需要利用__________________法。(2)实验中,电流通过导体产生热量的多少无法直接显示,通过________________________显示产生热量的多少,这种方法为______________。


参考答案:(1)控制变量(2)U形管中液面的高度差　转换法


4.进行实验:(1)探究电流产生的热量与电阻的关系。①实验装置:如图所示,两个透明容器中密封等量的空气,两个容器中都有一段电阻丝,两电阻丝串联,且右边容器中的电阻比较大。


②实验现象:通电一段时间后,发现与右边容器相通的U形管液面高度差较大。③实验结论:__________________________。


参考答案:在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,电阻产生的热量越多


(2)探究电流产生的热量与电流的关系。①实验装置:如图所示,两个密闭容器中的电阻一样大,在右边容器的外部,将一个电阻和这个容器内的电阻并联。


②实验现象:通电一段时间后,发现与左边容器相通的U形管液面高度差较大。③实验结论:____________________。


参考答案:在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过电阻的电流越大,电阻产生的热量越多。


5.【交流与讨论】:实验中,加热空气与加热液体相比有什么优点?参考答案:一是安全,如果容器内是液体,则液体与电接触,加热空气不会出现漏电的危险。二是省电,由于加热的是空气,因此耗电量非常小。三是空气膨胀大,实验效果更好。


的装置探究电流产生的热量跟什么因素有关,接通电源,瓶内的空气被加热后膨胀,使U形管中的液面发生变化,通过观察U形管的液面变化情况比较出瓶内电阻丝的发热多少。　
【示范题1】(2016·宜昌中考改编)采用如图所示“”


选填左瓶或右”
瓶)内的电阻丝产生的热量多。
(1)如图所示的是探究电流产生的热量跟__________的关系,通电一段时间__________(“”“


状态,把右瓶并联的两根电阻丝都
放入瓶内,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__________的关系,一段时间后电阻丝产生的热量__________(“”“”“”
选填左瓶右瓶或两瓶一样)多。(3)该
实验中用到了控制变量法和__________法。
(2)让实验装置冷却到初始


Ω的电阻并联后与左边5
Ω的电阻再串联;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,即I右=I左,两个5
Ω的电阻并联,根据并联电路的电流特点可知I右=I内+
I外,比较可知I左>I内;两瓶中电阻相等(均为5
Ω),通电时间相等,电流不同,故探究的是电流产生的热量跟电流的关系;通电一段时间后,由于电阻相同、
【精讲精析】(1)装置中,右边两个5


I内,根据焦耳定律Q=I2Rt可知,左瓶内的电阻丝产生的热量多。
通电时间相同、I左>


(2)让实验装置冷却到初始状态,把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内,右瓶中两根电阻丝对瓶内空气进行加热;根据并联电路总电阻的计算公式可得,右瓶中两根5Ω电阻丝的总电阻为2.5Ω,小于5Ω,即R左>R右;两瓶内电阻丝的总电阻不相等,通电时间相等,电流相等,故探究的是电流产生的热量跟电阻的关系;通电一段时间后,由于电流相同(即I右=I左)、通电时间相同、R左>R右,


根据焦耳定律Q=I2Rt可知,左瓶内的电阻丝产生的热量多。(3)瓶内的空气被加热后膨胀,使U形管中的液面发生变化,通过观察U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。


答案:(1)电流　左瓶　(2)电阻　左瓶(3)转换


微点拨】(1)实验中利用
了控制变量法和转换法。(2)在实验中要使两容器密闭,不能
漏气。(3)实验结
束时,要及时断电,防止U形管里的水溢出。
【


知识点二焦耳定律1.公式的应用:应用公式电热(焦耳定律)适
用范围基本
公式Q=I2Rt普遍适用导出公式Q= t=UIt仅适
用于纯电阻电路,W=Q备注:计算时,公式中的
各物理量要对应于同一导体
或同一段电路。



Q2=R1∶R2。(2)并联电路:通电时间相同时,电热与电阻成
反比,即Q1∶
Q2=R2∶R1。
2.串、并联电路中电热与电阻的关系:(1)串联电路:电热与电阻成正比,即Q1∶


中考)某同学根据如图所示电路进行实验,先用
夹子夹住电动机转轴使其不能转
动,闭合开关S,移动滑动变阻器滑片,记下电压表读数
和电流表读数;然后松开夹子,使电动机转轴转动,移动滑动
变阻器滑片,记下电压表读数和电流表读数
。数据记录如表:　
【示范题2】(2015·杭州


动0.20.2W1Q1转
动3.01.2W2Q2
U/VI/AW/JQ/J不转


表数据计算和分析:(1)电
动机不转动时,通电10s,电动机所做的电功W1和所产生的热量Q1。(2)电
动机转动时,通电10s,电动机所做的电功W2和所产生的热量Q2。(3)试
比较W1和Q1的大小关系以及W2和Q2的大小
关系,并分析其原因。
利用如


U0.2 V
1
= 电动机所产生的热量Q1= R
==1Ω,
I0.2 A
1
t=(0.2A)2×1Ω×10s=0.4J。UR
【精讲精析】本题考查电功与热量的计算。(1)电动机不转动时,电动机所做的电功:W1=U1I1t=0.2V×0.2A×10s=0.4J;因为I= ,所以电动机不转动时电阻R


(2)电动机转动时所做的电功W2=U2I2t=3.0V×1.2A×10s=36J,电动机转动时电阻R与电动机不转动时的电阻相等,电动机所产生的热量:Q2=I22Rt=(1.2A)2×1Ω×10s=14.4J。


(3)通过上述计算可得,W1=Q1,W2>Q2,电动机未转动时,电流流经线圈时电能全部转化为内能,因此W1=Q1;电动机转动时,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,因此W2>Q2。


答案:(1)0.4J　0.4J(2)36J　14.4J(3)W1=Q1,W2>Q2,电动机未转动时,电流流经线圈时电能全部转化为内能,因此W1=Q1;电动机转动时,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,因此W2>Q2。


易错易混警示】(1)只
有在电能全部转化为内能的电路中,消耗的电能
才等于电热,即Q=W。(2)电热的
求解。①焦耳定律Q=I2R
t适用于所有电路中电热的求解。②对
于纯电阻电路求电热还可用Q=W=Pt、Q=W=UIt、Q=W= t。③对
于非纯电阻电路求电热只能用Q=I2Rt。2UR
【