第十八章電功率第四節(jié)焦耳定律熱得發(fā)紅幾乎不發(fā)熱問題

電爐工作時，電爐絲通過導(dǎo)線接到電路里，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱?新課導(dǎo)入這是什么現(xiàn)象？生活中，許多用電器接通電源后，都伴有熱現(xiàn)象發(fā)生。電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電流的熱效應(yīng)電爐絲與導(dǎo)線串聯(lián)接到電路里，通過的電流相同，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻不怎么熱？電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少跟什么因素有關(guān)？電流的熱效應(yīng)1、可能與通過導(dǎo)體的電流有關(guān)。因為導(dǎo)體在通入電流時才會發(fā)熱，所以電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱的多少跟電流有關(guān)；2、可能與導(dǎo)體的電阻有關(guān)。導(dǎo)線和電熨斗串聯(lián)接入電路，電流是相同的，電熨斗熱的溫度高，而導(dǎo)線幾乎不熱，電流產(chǎn)生的熱可能與電阻有關(guān)。3、可能與通電時間有關(guān)。由生活經(jīng)驗可知，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量也會越多。猜想假設(shè)

如圖所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中電阻絲的電阻比較大。演示電熱與電阻的關(guān)系電流的熱效應(yīng)R1=5ΩR2=10ΩA兩個容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩段電阻絲的電流相同。通電一定時間后，比較兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么?實驗方法：1、控制變量法。（1）兩個透明容器中密閉的空氣要求_____和_____都相同；2、轉(zhuǎn)換法。由于電流通過用電器所產(chǎn)生熱量的大小不易直接進(jìn)行觀察比較，實驗中通過_____________來比較產(chǎn)生的電熱的多少。這里應(yīng)用到的物理方法是_______。質(zhì)量初溫液柱的高度差轉(zhuǎn)換法電流的熱效應(yīng)電熱與電阻的關(guān)系（2）在探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少跟電阻的關(guān)系時，應(yīng)該控制_________和______________。把5Ω和10Ω的電阻串聯(lián)是為了控制通過兩個電阻的電流大小相同，也可以控制通電時間相同。通電時間不變電流不變實驗表明:在電流相同、通電時間相同的情況下，一段電阻絲的電阻越大，這段電阻絲產(chǎn)生的熱量越多。電熱與電阻的關(guān)系演示

如圖所示，兩個密閉容器中電阻絲的電阻一樣大，在其中一個容器的外部，將另一段電阻絲與容器內(nèi)的電阻絲并聯(lián)，因此通過兩個容器中電阻絲的電流不同。閉合開關(guān)，在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么?電流的熱效應(yīng)I=2I1IAI15Ω5Ω5Ω控制變量法：在探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少跟電流的關(guān)系時，應(yīng)該控制___和___________。把5Ω電阻放在容器內(nèi)是為了控制產(chǎn)生熱量的電阻相同，同一電路的通斷也可以控制通電時間相同。將另一段電阻絲與容器內(nèi)的電阻絲并聯(lián)，因此通過兩個容器中電阻絲的電流不同。電熱與電流的關(guān)系電阻通電時間不變實驗表明:在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一段電阻絲的電流越大，這段電阻絲產(chǎn)生的熱量越多，電熱與電流的關(guān)系電熱與通電時間的關(guān)系在研究通電時間對產(chǎn)生熱量多少的影響時，應(yīng)該控制電流和電阻不變實驗表明，在阻值和電流不變時，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。焦耳定律焦耳定律英國物理學(xué)家焦耳做了大量實驗，于1840年最先確定了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時間的關(guān)系:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫作焦耳定律(Joule'slaw)。如果熱量用Q表示，電流用I表示，電阻用R表示通電時間用t表示，那么焦耳定律為：Q=I2Rt（1J=1A2×1Ω×1S）電流I的單位：安（A）電阻R的單位：歐（Ω）時間t的單位：秒（s）熱量Q的單位：焦（J）學(xué)了焦耳定律，你能回答“電爐絲通過導(dǎo)線接到電路中，電爐絲和導(dǎo)線通過的電流相同，為什么電爐絲熱的發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱？”因為電線和電爐串聯(lián)，通過它們的電流，通電時間是一樣的，而電爐的電阻比電線的電阻大的多，所以根據(jù)焦耳定律可知，在相同時間內(nèi)電流通過電爐產(chǎn)生的熱量比通過電線產(chǎn)生的熱量大，因此電爐熱而電線卻不熱。熱得發(fā)紅幾乎不發(fā)熱焦耳定律純電阻電路該類電路中，電流通過用電器時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電流產(chǎn)生的熱量就等于消耗的電能，即Q=W

焦耳定律上述公式適用于純電阻電路。如電爐、電熱器、電熨斗、白熾燈、卡住的電動機(jī)等?？梢?，在消耗的電能全部用來產(chǎn)生熱量時，根據(jù)電功公式和歐姆定律推導(dǎo)出的結(jié)論與焦耳定律一致。非純電阻電路在該類電路中，當(dāng)電流通過用電器時，電能主要轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。此時電能=內(nèi)能+機(jī)械能，所以Q＜W。例如：當(dāng)電扇工作時，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)的機(jī)械能，有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能發(fā)熱。

W總＝UIt=W機(jī)械能＋Q熱量焦耳定律W=UIt=PtQ=I2Rt上述公式適用于非純電阻電路。如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、轉(zhuǎn)動的電動機(jī)純電阻電路非純電阻電路W=UIt=PtQ=I2Rt1.下列用電器中，利用電流的熱效應(yīng)的是（）A．電風(fēng)扇B．電飯鍋C．電視機(jī)D．電動機(jī)B2.下列各用電器均標(biāo)有“220V60w”字樣，它們正常工作相同的時間發(fā)熱最多的用電器是（）A．電視機(jī)B．電風(fēng)扇C．電熱毯D．電燈C3.當(dāng)溫度降到很低時，某些金屬導(dǎo)體的電阻會突然消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。假如所有導(dǎo)體都沒有了電阻，當(dāng)用電器通電時，下列說法正確的是（）A．白熾燈仍然能發(fā)光B．電動機(jī)仍然能轉(zhuǎn)動C．電飯鍋仍然能煮飯D．電熨斗能熨燙衣服B課堂練習(xí)四個電阻器的電阻分別為R1、R2、R3、R4。如圖甲所示，電阻為R1、R2的電阻器串聯(lián)后接在電壓為U的電路中;如圖乙所示，電阻為R3、R4的電阻并聯(lián)后也接在電壓為U的電路中。已知R1=R3,R?=R4,R1>R2。(1)電阻為R1和R?的兩個電阻器，在相同時間內(nèi)哪個放出的熱量多?(2)電阻為R3和R4,的兩個電阻器，在相同時間內(nèi)哪個放出的熱量多?(1)R1、R2串聯(lián),電流相同，利用公式

Q=I2Rt，因為R1>R2,所以Q1>Q2(2)R3、R4并聯(lián),電壓相同，利用公式

，因為R3>R4,所以Q3<Q4焦耳定律例題純電阻串聯(lián)電路中，電阻越大，放熱越多，用公式Q=I2Rt判斷純電阻并聯(lián)電路中，電阻越大，放熱越多，用公式Q=判斷U2Rt4.將兩根火柴分別放在串聯(lián)的兩根電熱絲R1和R2上，若R1＞R2，通電后問那根火柴先被點(diǎn)燃（）A．R1在上的火柴B．同時點(diǎn)燃C．在R2上的火柴D．電熨斗能熨燙衣服A5.將兩根火柴分別放在并聯(lián)的兩根電熱絲R1和R2上，若R1＞R2，通電后問那根火柴先被點(diǎn)燃（）A．R1在上的火柴B．同時點(diǎn)燃C．在R2上的火柴D．電熨斗能熨燙衣服C課堂練習(xí)串聯(lián),電流相同，利用公式

Q=I2Rt并聯(lián),電壓相同，利用公式

想想議議額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事?前提條件：電壓相同公式：（并聯(lián)）前者前提條件：電流相同Q=I2Rt公式：（串聯(lián)）后者兩種說法在各自前提下都是正確的，所以二者不矛盾。電熱的利用和防止電熱的利用和防止

電流通過導(dǎo)體時，使導(dǎo)體只發(fā)熱的用電器是利用了電流的熱效應(yīng)，這類用電器稱為電熱器，而電熱器的主要部分是發(fā)熱體。電熱的利用利用電熱孵化器孵小雞電熨斗吹風(fēng)機(jī)電飯鍋電熱水器取暖器電熱毯

清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染，熱效率高，還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度電熱器的優(yōu)點(diǎn):很多情況下我們并不希望用電器的溫度過高。過多的熱量，不能及時散失。會產(chǎn)生安全隱患。電熱的防止電視機(jī)散熱孔電腦主板風(fēng)扇筆記本散熱孔顯卡散熱風(fēng)扇課堂小結(jié)6.把一臺電動機(jī)接入電壓為220V的電路中，通過電動機(jī)的電流為5A，電動機(jī)線圈的電阻為2Ω，1min電動機(jī)消耗的電能為多少？通過線圈的電流產(chǎn)生的熱量為多少？7.一只電烙鐵的額定電壓是220V，在額定電壓下工作時的電阻是1210Ω，它的額定功率有多大？在額定電壓下通電10min產(chǎn)生多少熱量？拓展練習(xí)解：消耗的電能為:W總=UIt=220V×2A×60s=26400J線圈中產(chǎn)生的熱量為：Q=I2Rt=(2A)2×5?×60s=1200J得到的機(jī)械能為：W機(jī)=W總－Q=26400J－1200J=25200J8、某電動機(jī)上標(biāo)有“220V，2A”它的線圈電阻為5?，當(dāng)它正常工作一分鐘后，消耗的電能為多少？線圈中產(chǎn)生的熱量為多少？如沒有其他能量的損失，則得到多少的機(jī)械能？拓展練習(xí)1.通過某電阻絲的電流為2A時，測得它的電阻是2Ω，該電阻1min產(chǎn)生多少熱量?2.一臺額定功率是450W的電飯鍋，在額定電壓下使用，1min產(chǎn)生多少熱量?Q=W=Pt=450W×60s=2.7×104J練習(xí)與應(yīng)用Q=I2Rt=（2A）2×2?×1×60s=480J3.一只電烙鐵的額定電壓是220V，在額定電壓下工作時的電阻是1210Ω，它的額定功率有多大?在額定電壓下通電10min產(chǎn)生多少熱量?Q=W=Pt=40W×10×60s=2.4×104J4.某校師生自制了一臺電烤箱。電烤箱的電阻絲通過5A的電流時，1min可產(chǎn)生6.6×104J的熱量。求這臺電烤箱的電功率和電阻絲工作時的電阻。練習(xí)與應(yīng)用5.一個電熱水壺的容量為1L，電功率為1000W，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下按上述容量燒開一壺初溫為20°C的水，至少需要多長時間?水的質(zhì)量??=????=1×103kg/m3×1.0×10?3m3=1kg水吸收的熱量Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg?℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J電流做功W=Q吸=3.36×105J燒開一壺水需要時間：6.電流的熱效應(yīng)有時對我們有益，我們利用它；有時對我們有害，需要減少電流導(dǎo)致的發(fā)熱，或者盡快把發(fā)出的熱散發(fā)掉。（1）列舉兩個生活或生產(chǎn)中利用電流熱效應(yīng)的實例；（2）列舉兩個生活和生產(chǎn)中為防止電