第4節(jié)焦耳定律（導學案）

【學習目標】

1.認識電流的熱效應，了解焦耳定律，能用焦耳定律說明生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，分析解決簡單的實

際問題。

2.結(jié)合電功的表達式和歐姆定律推導焦耳定律的表達式，培養(yǎng)演繹推理能力。

3.經(jīng)歷研究電熱與電阻、電流關(guān)系的過程，體會實驗中控制變量的方法，發(fā)展觀察、分析、處理信

息、得出結(jié)論的能力。

4.通過學習電熱的利用和防止，感悟辯證看待問題的方法，體會物理學對社會發(fā)展的推動作用。

【學習重點】定性研究電熱與電阻、電流的關(guān)系，以及了解焦耳定律。

【學習難點】定性研究電熱與電阻、電流的關(guān)系，以及了解焦耳定律。

【自主預習】閱讀教材，完成以下問題：

1.電流的熱效應：電流通過導體時將電能轉(zhuǎn)化為的現(xiàn)象叫做電流的熱效應。只要有電流通過

導體，因為導體有一定的電阻，就會發(fā)生電流的熱效應。

2.焦耳定律

（1）焦耳定律的內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的成正比，跟導體的成正

比，跟成正比。

（2）用公式表示。二o

3.電熱的利用和防止

（1）電熱的利用：各種電熱器都是利用的設備，例如、電熱水器、電熨斗等。

（2）電熱的防止：如果用電器聚集的電熱過多，溫度過高，有可能燒壞電器，甚至引發(fā)火災。電腦

主機里裝有風扇、散熱器等，都是為了加快。

【課堂探究】

探究一、電流的熱效應

1.電流的熱效應

【想?想】尋找以下用電器的共同特點：電熱毯、電水壺、電飯煲、烤箱等。

分析：這些用電器工作時都要消耗電能，都會發(fā)熱，在工作過程中，電能轉(zhuǎn)化為能。

【總結(jié)】電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化成能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。

2.探窕影響電流熱效應的因素

【提出問題】電流通過導體時產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)？

【猜想及其依據(jù)】

①可能與通過導體的有關(guān)。因為導體在通入電流時才會發(fā)熱，所以電流通過導體時產(chǎn)生熱的

多少跟電流有關(guān)；

②可能與導體的有關(guān)。導線和電熨斗串聯(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。

【設計實驗】

（1）實驗裝置介紹（焦耳定律演示器）

兩個透明的塑料容器內(nèi)部密閉著等量的空氣；容器內(nèi)部的空氣與U形管一端相連通。兩個容器中各有

一段電阻絲，兩個容器里的電阻絲聯(lián)在一起接入電路。

（2）實驗原理

如圖所示，兩個透明容器中密封著空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣的體積變化。同時使

用兩個密閉容器時，哪一側(cè)U型管中液柱出現(xiàn)的高度差大，表明哪一側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的多。圖

中，因為△〃右＞△/?左，所以電流通過側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的熱量多。

（3）研究方法

①控制變量法：在探究電流通過導體產(chǎn)生熱的多少跟電流、電阻、通電時間的關(guān)系時，每次實驗應該

控制兩個物理量不變。

②轉(zhuǎn)換法：通過觀察U形管液面的來比較電流產(chǎn)生熱量的多少，這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法。

（4）實驗器材：學生電源、焦耳定律演示器、電流表、滑動變阻器等。

為了進行多次實驗，需要改變通過兩個電阻絲的電流，所以在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器，通過移動

滑片改變電流。

（5）實驗記錄表

通電時間U形管液面

電流關(guān)系電阻大小/C

實驗關(guān)系高度差//1

次數(shù)

左右左右左右左右

1相等510相等

2大小相等相等

【進行實驗】

（1）探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電阻的關(guān)系

如圖所示，將兩根阻值不等的電阻絲串聯(lián)接入電路。閉合開關(guān)，通電一段時間后，觀察U形管液面高

度差的變化。

（2）探究電流通過導體產(chǎn)生的熱軟跟電流的關(guān)系

在右方密封盒外并聯(lián)一個5Q的電阻以，目的是改變通過盒內(nèi)電阻的電流大小，由于心的分流作用，

因此通過兩個容器中電阻的電流不同，/尸______/2。從而研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系。閉

合開關(guān)，通電一段時間后，觀察U形管液面高度差的變化。

（3）探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟時間的關(guān)系

閉合開關(guān)，通電一段時間后，觀察同一個密封盒內(nèi)U形管液面高度差的變化大小。

【收集證據(jù)】

甲乙

【分析論證】

（1）分析實驗步驟（1）發(fā)現(xiàn)：在電流和通電時間相等時，越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。

（2）分析實驗步驟（2）發(fā)現(xiàn)：在電阻和通電時間相等時，越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。

（3）分析實驗步驟（3）發(fā)現(xiàn)，在電流和電阻相等時，越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。

【實驗結(jié)論】

（1）在電流相同、通電時間相同時，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。

（2）在電阻相同、通電時間相同時，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。

（3）在電流相同、電阻相同時，通電時間越長，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。

【交流討論】

實驗結(jié)束后，小紅說她在一本書上看到用如圖所示的裝置也可以探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟哪些

因素有關(guān)。請你對該裝置進行評價。

【評價】該裝置中，兩個相同的燒瓶盛有質(zhì)量相同、溫度相同的同種液體；燒瓶內(nèi)插有溫度計，可以

測量液體的溫度。

燒瓶內(nèi)有兩個阻值不同的電阻絲，組成串聯(lián)電路接入電路中。所以通過比較燒瓶內(nèi)可以探究影

響電流通過導體產(chǎn)生熱量的因素。

（1）當電阻絲通電后，電流產(chǎn)生熱量使煤油溫度升高，從而使溫度計示數(shù)上升，因此根據(jù)示

數(shù)的變化可知電流產(chǎn)生熱量的多少。

甲乙

（2）甲圖中Ri、R2兩電阻串聯(lián)，通過兩電阻的電流相等，但兩電阻的阻值不同，所以可探究電流產(chǎn)生

熱量的多少與的關(guān)系。

（3）乙圖中R、R兩電阻并聯(lián)，甲、乙兩裝置中，電源電壓相同，乙圖中電阻品兩端的電壓大于甲圖

中電阻尺兩端的電壓，則乙實驗裝置中通過電阻品的電流大。所以由c（或從d）可以探究電流通過導

體產(chǎn)生的熱量與的關(guān)系。

【例題1】在探究“電流通過導體產(chǎn)生熱的多少與什么因素有關(guān)”時采用了如圖所示的實驗裝置。

（1）如圖甲所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，通過觀察兩個U形管中的變化反映密

閉空氣溫度的變化：

（2）甲圖所示的裝置是用來研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與的關(guān)系；

（3）若想利用乙圖繼續(xù)完成接下來的實驗探究，則電阻B的阻值為Qo

探究二、焦耳定律

1.焦耳定律

英國物理學家焦耳用近40年的時間做了400多次實驗，發(fā)現(xiàn)了電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟導體電

阻、通過導體的電流及通電時間之間的關(guān)系，即焦耳定律。

（1）內(nèi)容：

電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟成正比，跟導體的成正比，跟成正比。

（2）公式：Q=o

（3）公式中。=尸即各量及其單位：

/表示電流，單位是（A）；R表示電阻，單位是（C）；，表示時間，單位是—（s）；

。表示熱量，單位是（J）.

I焦耳=1安2X1歐XI秒

2.推導焦耳定律

若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量，即Q=W

因為電功IV=Ult,根據(jù)歐姆定律U二,所以。=

可見，在消耗的甩能全部用來產(chǎn)生熱量時，根據(jù)電功公式和歐姆定律推導出的結(jié)論與焦耳定律一致。

3.電功與電熱

（I）電功與電熱的區(qū)別

電功是指電流通過一段電路所做的功，它的大小表示電路消耗電能的多少，或表示有多少電能轉(zhuǎn)化為

其他形式的能。電熱是指電流通過一段電路做功時，電能轉(zhuǎn)化為的那一部分。

兩者表示的意義不同，是兩個不同的概念。

（2）電功與電熱的聯(lián)系

①純電阻電路（如電爐、電熱器、電熨斗等電路）

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)生的熱量就等于電流做的功（消耗的

電能），即Q=W,所以Q毀=Wa=Pt=U〃=U2〃R=[2R]

上述公式適用于電路。

②非純電阻電路

在該類電路中，當電流通過用電器時，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+機械能，所以內(nèi)能電能（選填“大于”、“小于”或“等于”）。。

例如，當電扇工作時，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機的機械能，有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能發(fā)熱。

熱6H電熱電功（選填“大于”、“小于”或“等于”）。

4.電功、電功率、焦耳定律計算公式及其適用范圍

電功電功率焦耳定律適用條件

基本公式———普遍適用

_____電路

推導公式W=^t=fRtp=l=fRQ與二wt

Q=W

5.想想議議

（1）你現(xiàn)在明白了嗎？電爐絲通電時，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導線卻幾乎不發(fā)熱？

（2）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?？?/p>

是按照焦耳定律，電阻越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱.鼠越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事？

【例題2】四個電阻器的電隹分別為R、&、&、/？4o如圖甲所示，甩阻為凡、&的電阻器串聯(lián)后接

在電壓為U的電路中；如圖乙所示，電阻為心、&的電阻器并聯(lián)后也接在電壓為U的電路中。已知R

=K,&=&，Ri*。

R3

RRi尸為

r^3-------l=H]-------&-------

<-----------u-------------?!|<-----------u------------?

甲乙

（i）電阻為R和&的兩個電阻器，在相同時間內(nèi)哪個放巴的熱量多？

（2）電阻為R和&的兩個電阻器，在相同時間內(nèi)哪個放苗的熱量多？

【例題3】在相等的時間內(nèi)，電熱絲甲比電熱絲乙放出的熱量多，則以下關(guān)于甲、乙電熱絲對應的物

理量大小判斷正確的是（）

A.R甲>R乙B./甲〉/z.C.U甲>Uz.D.Ptii>P乙

【例題4】某電動機上標有“220V2A”，它的線圈電阻為5Q,當它正常工作Imin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，則得到多少的機械能？

探究三、電熱的利用

1.電熱的利用

生活中和許多產(chǎn)業(yè)中都要用到電熱。家里的電熱水器、電飯鍋、電熨斗，養(yǎng)雞場的電熱孵化器，都是

利用電熱的例子。電熱器的優(yōu)點：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。

2.電熱的防止

電流的熱量有時是有害的，應該及時解決。

①例如我們的電腦在工作時，電路元件發(fā)熱，溫度升高，會影響到電腦的穩(wěn)定性，甚至燒壞電腦

CPU。人們常常采用安裝散熱窗、使用等方法及時散熱。

②電視機散熱方法：在后蓋開有很多孔，為了通風散熱。

③投影儀的散熱方法：除在側(cè)壁開孔外，內(nèi)部還裝有，工作時電風扇轉(zhuǎn)動把熱量吹到機器外

面，可以降低燈泡、機器內(nèi)部元件的溫度。

【例題5】下列實例中，為了防止電熱產(chǎn)生危害的是（）

A.用電熨斗熨衣服

B.高空飛行員所穿衣服里有電熱保溫裝置

C.電視機的機殼上有許多小孔

D.孵化家禽的甩熱孵卵機

【精講點撥】

I.焦耳定律公式。=尸用具有普遍意義，適用于任何電路電流所產(chǎn)生的熱量的計算。而推導公式

Q=P片只適用于純電阻電路（即電功等于電熱）。

2.電流的熱效應有不利的因素，如電熱會燒毀電器元器件，引發(fā)火災。但在我們生活中和許多產(chǎn)業(yè)中

都要用到電熱。如家里的電飯鍋、電熨斗，養(yǎng)雞場的電熱孵化器等都是利用電熱的。

【歸納整理】第4節(jié)焦耳定律

-._廠①電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的現(xiàn)象。

電《的__②電流通過導體產(chǎn)生熱的多少跟電流、

熱效應電阻、通電時間有關(guān)。

①內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的

二次方成正比，跟導體的電阻成正比，

焦跟通電時間成正比.

耳②公式：Q=PRt

定

律/為電流，單位A；火為電阻，單位C：

，為時間，單位s：。為熱量，單位J.

③推導公式：Q=%=Uh適用于純電阻電路。

④電功少與電熱0：純電阻電路中0=%

非純電阻電路中0V匹

電熱的利

用利防止?應用:電熱器。防止：散熱器等。

【課堂練習】

1.如圖所示，芯片體枳小，元件密集。當芯片中有電流通過時，由于芯片元件有電阻，不可避免地會

產(chǎn)生熱量，這種現(xiàn)象稱為電流的效應。為了不影響芯片的性能，通常讓散熱部件與芯片緊密結(jié)合,

來降低芯片的溫度，這是通過_____的方式改變芯片內(nèi)能。

2.將規(guī)格都是“22UV15UW”的一臺電風痢、一臺電視機利一只電烙鐵分別接入家庭電路中，正常工

作相同時間，以下說法正確的是〔）

A.三個用電器均將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

B.電烙鐵消耗電能最快

C.三個用電器消耗的電能一樣多

D.三個用電器產(chǎn)生的熱量相等

3.“世界皮影看中國，中國皮影看陜西！”如圖所示，皮影藝人與時俱進，用電燈代替油燈作光源進

行皮影戲表演。電燈工作一段時間后發(fā)燙，這是因為電流具有效應，而與電燈連接的導線卻涼涼

的，這是因為燈絲的電阻（選填“大于”“小于”或“等于”）導線的電阻。

4.在“探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”的實驗中，小郡同學采用了如圖甲、乙所不

A.U形管中液面高度變化主要是由液體熱脹冷縮引起的

B.圖甲裝置能探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系

C.圖乙實驗過程中右邊透明容器中電阻絲阻值應該等于

D.用圖甲中的實驗結(jié)論能解釋“電爐絲熱得發(fā)紅而與電爐絲相連的導線幾乎不發(fā)熱”的現(xiàn)象。

5.圖甲是具有“高溫”、“低溫”兩個擋位的空氣炸鍋?？梢圆挥没蛴蒙倭康挠驼ㄖ剖澄?，圖乙是

其內(nèi)部簡化電路圖，已知凡=44Q,&=88C。當閉合Si，斷開S2時，炸鍋處于擋?？諝庹ㄥ佋诟?/p>

溫擋正常工作100s產(chǎn)生的熱量是Jo

甲乙

6.如圖所示，電源電壓為6V,且保持不變，已知滑動變阻器的最大阻值是50Q,滑片P在變阻器的

最左端時，電流表的示數(shù)為0.6A,求：

⑴Ri的電阻：

（2）滑片P移動到變阻器的最右端時，通電20s滑動變阻器產(chǎn)生的熱量。

【課后反思】

本節(jié)課學習中，你有哪些收獲，還有哪些問題？

參考答案與試題解析

第4節(jié)焦耳定律（導學案）

【學習目標】

1.認識電流的熱效應，了解焦耳定律，能用焦耳定律說明生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，分析解決簡單的實

際問題。

2.結(jié)合電功的表達式和歐姆定律推導焦耳定律的表達式，培養(yǎng)演繹推理能力。

3.經(jīng)歷研究電熱與電阻、電流關(guān)系的過程，體會實驗中控制變量的方法，發(fā)展觀察、分析、處理信

息、得出結(jié)論的能力。

4.通過學習電熱的利用和防止，感悟辯證看待問題的方法，體會物理學對社會發(fā)展的推動作用。

【學習重點】定性研究電熱與電阻、電流的關(guān)系，以及了解焦耳定律。

【學習難點】定性研究電熱與電阻、電流的關(guān)系，以及了解焦耳定律。

【自主預習】閱讀教材，完成以下問題：

1.電流的熱效應：電流通過導體時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象叫做電流的熱效應。只要有電流通過導

體，因為導體有一定的電阻，就會發(fā)生電流的熱效應。

2.焦耳定律

（1）焦耳定律的內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟

通電時間成正比。

（2）用公式表示0二F田。

3.電熱的利用和防止

（1）電熱的利用：各種電熱器都是利用電熱的設備,例如也飯鍋、電熱水器、電熨斗等。

（2）電熱的防止：如果用電器聚集的電熱過多，溫度過高，有可能燒壞電器，甚至引發(fā)火災。電腦

主機里裝有風扇、散熱器等，都是為了加快散熱。

【課堂探究】

探究一、電流的熱效應

1.電流的熱效應

【想一想】尋找以下用電器的共同特點：電熱毯、電水壺、電飯煲、烤箱等。

分析：這些用電器工作時都要消耗電能，都會發(fā)熱，在工作過程中，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

【總結(jié)】電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。

2.探究影響電流熱效應的因素

【提出問題】電流通過導體時產(chǎn)牛熱的多少跟什么因素有關(guān)？

【猜想及其依據(jù)】

①可能與通過導體的生跡有關(guān)。因為導體在通入電流時才會發(fā)熱，所以電流通過導體時產(chǎn)生熱的多少

跟電流有關(guān)；

②可能與導體的電阻有關(guān)。導線和電熨斗串聯(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。

【設計實驗】

（1）實驗裝置介紹（焦耳定律演示器）

兩個透明的塑料容器內(nèi)部密閉著等量的空氣；容器內(nèi)部的空氣與U形管一端相連通。兩個容器中各有

一段電阻絲，兩個容器里的電阻絲里聯(lián)在一起接入電路。

如圖所示，兩個透明容器中密封著空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣的體積變化。同時使

用兩個密閉容器時，哪一側(cè)U型管中液柱出現(xiàn)的高度差大，表明哪一側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的熱量多。圖中，因

為\h6>AA左，所以電流通過右側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的熱量多。

（3）研究方法

①控制變量法：在探究電流通過導體產(chǎn)生熱的多少跟電流、電阻、通電時間的關(guān)系時，每次實驗應該

控制兩個物理量不變。

②轉(zhuǎn)換法：通過觀察U形管液面的面度差來比較電流產(chǎn)生熱量的多少，這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法。

（4）實驗器材：學生電源、焦耳定律演示器、電流表、滑動變阻器等。

為了進行多次實驗，需要改變通過兩個電阻絲的電流，所以在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器，通過移動

滑片改變電流。

（5）實驗記錄表

通電時間U形管液面

電流關(guān)系電阻大小/C

實驗關(guān)系高度差

次數(shù)

左右左右左右左右

1相等510相等

2大小相等相等

【進行實驗】

（1）探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電阻的關(guān)系

如圖所示，將兩根阻值不等的電阻絲串聯(lián)接入電路。閉合開關(guān)，通電一段時間后，觀察U形管液面高

度差的變化。

（2）探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系

在右方密封盒外并聯(lián)一個5c的電阻總,目的是改變通過盒內(nèi)電阻的電流大小，由于心的分流作用,

因此通過兩個容器中電阻的電流不同，/尸2/2。從而研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系。閉合開

關(guān)，通電一段時間后，觀察U形管液面高度差的變化。

（3）探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟時間的關(guān)系

閉合開大，通電一段時間后，觀察同?個密封盒內(nèi)U形管液面高度差的變化大小。

【收集證據(jù)】

通電時間U形管液面

電流關(guān)系電阻大小/C

實驗次數(shù)關(guān)系高度差

左右左右左右左右

1（甲圖）相等510相等小大

2（乙圖）大小相等相等大小

甲乙

【分析論證】

（1）分析實驗步驟（1）發(fā)現(xiàn)：在電流和通電時間相等時，地阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。

（2）分析實驗步驟（2）發(fā)現(xiàn)：在電阻和通電時間相等時，電流越大,電流產(chǎn)生的熱量越多。

（3）分析實驗步驟（3）發(fā)現(xiàn)，在電流和電阻相等時，通電時間越長,電流產(chǎn)生的熱量越多。

【實驗結(jié)論】

（1）在電流相同、通電時間相同時，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。

（2）在電阻相同、通電時間相同時，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。

（3）在電流相同、電阻相同時，通電時間越長，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。

【交流討論】

實驗結(jié)束后，小紅說她在一本書上看到用如圖所示的裝置也可以探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟哪些

因素有關(guān)。請你對該裝置進行評價。

【評價】該裝置中，兩個相同的燒瓶盛有質(zhì)量相同、溫度相同的同種液體；燒瓶內(nèi)插有溫度計，可以

測量液體的溫度。

燒瓶內(nèi)有兩個阻值不同的電阻絲，組成串聯(lián)電路接入電路中。所以通過比較燒瓶內(nèi)液體的溫度可以探

究影響電流通過導體產(chǎn)生熱量的因素。

（1）當電阻絲通電后，電流產(chǎn)生熱量使煤油溫度升高，從而使溫度計示數(shù)上升，因此根據(jù)溫度計示

數(shù)的變化可知電流產(chǎn)生熱量的多少。

（2）甲圖中4、R?兩電阻串聯(lián)，通過兩電阻的電流相等，但兩電阻的阻值不同，所以可探究電流產(chǎn)生

熱量的多少與電阻的關(guān)系。

（3）乙圖中Ai、色兩電阻并聯(lián)，甲、乙兩裝置中，電源電壓相同，乙圖中電阻Ri兩端的電壓大于甲圖

中電阻Ri兩端的電壓，則乙實驗裝置中通過電阻RM勺電流大。所以由c（或從4）可以探究電流通過導

體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系。

【例題1】在探究“電流通過導體產(chǎn)生熱的多少與什么因素有關(guān)”時采用了如圖所示的實驗裝置。

（1）如圖甲所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，通過觀察兩個U形管中的變化反映密

閉空氣溫度的變化；

（2）甲圖所示的裝置是用來研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與的關(guān)系：

（3）若想利用乙圖繼續(xù)完成接下來的實驗探窕，則電阻B的阻值為Q.

【答案】（1）高度差：（2）電阻：（3）5

【詳解】（1）本實驗將不易觀察的現(xiàn)象特換成易觀察的現(xiàn)象，通過U形管液面高度差顯示電流產(chǎn)生熱

量的多少，使用了轉(zhuǎn)換法。

（2）甲圖所示的裝置中兩個電阻串聯(lián)，故通過兩電阻的電流相同，兩電阻阻值不同，控制通電時間

相同，可以用來研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系。

（3）乙圖中右側(cè)兩電阻并聯(lián)后再與左側(cè)電阻串聯(lián)，根據(jù)并段和串聯(lián)電路電流的規(guī)律，為研究電流產(chǎn)生

的熱量與電流的關(guān)系，應控制電阻和通電時間相同，因此電阻B的阻值為5C。

探究二、焦耳定律

1.焦耳定律

英國物理學家焦耳用近40年的時間做了400多次實驗，發(fā)現(xiàn)了電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟導體電

阻、通過導體的電流及通電時間之間的關(guān)系，即焦耳定律。

（1）內(nèi)容：

電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻成正比,跟通電時間成正比。

（2）公式：。二，心

（3）公式中。=「對各量及其單位：

/表示電流，單位是安培（A）：R表示電阻，單位是歐姆（C）；，表示時間，單位是枝（s）；

。表示熱量，單位是焦耳（J）o

I焦耳=1安2義1歐XI秒

2.推導焦耳定律

若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量，即Q=W

因為電功W=Ult,根據(jù)歐姆定律U=叢，所以O=W=UU=FR

可見，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出的結(jié)論與焦耳定律一致。

3.電功與電熱

（1）電功與電熱的區(qū)別

電功是指電流通過一段電路所做的功，它的大小表示電路消耗電能的多少，或表示有多少電能轉(zhuǎn)化為

其他形式的能。電熱是指電流通過一段電路做功時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分。

兩者表示的意義不同，是兩個不同的概念。

（2）電功與電熱的聯(lián)系

①純電阻電路（如電爐、電熱器、電熨斗等電路）

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)生的熱量就等于電流做的功（消耗的

電能），即Q=W,所以Q段=W斫Pt=U〃=U2〃R=12M

上述公式適用于純電阻電路。

②非純電阻電路

在該類電路中，當電流通過用電器時，電能主要轉(zhuǎn)化為其它形式的能審:，只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。此

時電能=內(nèi)能+機械能，所以內(nèi)能小于電能（選填“大于”、“小于”或“等于”）。。

例如，當電扇工作時，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機的機械能，有少部分特化為內(nèi)能發(fā)熱。

Wa=U〃=卬機閾t+Q熱量，電熱小于電功（選填“大于”、“小于”或“等于”）。

4.電功、電功率、焦耳定律計算公式及其適用范圍

電功電功率焦耳定律適用條件

基本公式W二UltP=U!Q二fRt普遍適用

純電阻電路

推導公式A/=^t=fRtP=*RQ與二Ult

Q=W

5.想想議議

（1）你現(xiàn)在明白了嗎？電爐絲通電時，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導線卻幾乎不發(fā)熱？

【分析】因為電爐絲與導線串聯(lián)，電流與通電時間相等，但是電爐絲的電阻遠大于電線的電阻，根據(jù)焦

耳定律。=尸用可知，在相同時間內(nèi)，電爐絲產(chǎn)生的熱量遠大于導線產(chǎn)生的熱量，所以電爐絲熱得發(fā)紅，而

導線卻幾乎不發(fā)熱。

（2）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。可

是按照焦耳定律，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？

【分析】第一種說法，在通電時間和電壓相同的情況下，根據(jù)可知，電阻越小，產(chǎn)生的熱量

越多；第二種說法，在通電時間和電流相同的情況下，根據(jù)。二廣心可知，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。

兩種說法在各自前提F都是正確的，所以二者不矛盾。

【例題2】四個電阻器的電阻分別為R、&、&、RA.如圖中所示，電阻為R、R2的電阻器串聯(lián)后

接在電壓為U的電路中；如圖乙所示，電阻為當、尺的電阻器并聯(lián)后也接在電壓為U的電路中。已知4

自

R&

l==H

--n--I&h--1-

<--------u---?）---u--------->

甲乙

（1）電阻為凡和尺的兩個電阻器，在相同時間內(nèi)哪個放出的熱量多？

（2）電阻為必和心的兩個電阻器，在相同時間內(nèi)哪個放出的熱量多？

【解析】（1）在串聯(lián)電路中，通過電阻R和R的兩個電阻器的電流相等。據(jù)焦耳定律0=/2.，當

/、r相同時，Q與我成正比，由于因此相同時間內(nèi)電阻為R的電阻器放出的熱量比電阻為治的

電阻器多。

（2）在并聯(lián)電路中，電阻為心和值的電阻器兩端的電壓相等。根據(jù)焦耳定律。二尸即和歐姆定律

I=U/R,可得Q=U2//R。由公式可知，電壓相同時.，相同時間內(nèi)導體放出的熱量與它們的電阻成反比，且

&>凡，因此相同時間內(nèi)電阻為凡的電阻器放出的熱量比電阻為&的電阻器多。

【例題3】在相等的時間內(nèi)，電熱絲甲比電熱絲乙放出的熱量多，則以下關(guān)于甲、乙電熱絲對應的物

理量大小判斷正確的是(D)

A.RM>R乙B./甲〉/乙C.U邛'>U乙D.P甲>「乙

【解析】AB.由焦耳定律。=尸用可知，電熱絲放出熱量與電流、電阻及通電時間有關(guān)。通電時間相

同，電熱絲甲比電熱絲乙放出的熱量多，但電阻大小、電流大小無法確定，故AB錯誤；

C.電阻絲屬于純電阻電路，MQ=W=U2t/R

由于不知道兩電阻的連接方式，無法判斷二者電壓及電阻大小，故c錯誤；

D.根據(jù)公式。=卬二次可知，在相等的時間內(nèi)，電熱絲甲比電熱絲乙放出的熱量多，說明甲的電功率

大干乙的電功率，即P甲乙，故D正確。

故選D。

【例題4】某電動機上標有“220V2A”，它的線圈電阻為5C,當它正常工作Imin后，消耗的電能

為多少？線圈中產(chǎn)生的熱晶為多少？如沒有其他能最的損失，則得到多少的機械能？

【解析】消耗的電能為：Wfi=l///=220Vx2Ax60s=26400J

線圈中產(chǎn)生的熱量為：Q=/2/?r=(2A)2x5QX60S=120J

得到的機械能為：W產(chǎn)W--2=264(X)J-120J=25200J

探究三、電熱的利用

1.電熱的利用

生活中和許多產(chǎn)業(yè)中都要用到電熱。家里的電熱水器、電飯鍋、電熨斗，養(yǎng)雞場的電熱孵化器，都是

利用電熱的例子。電熱器的優(yōu)點：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。

2.電熱的防止

電流的熱量有時是有害的，應該及時解決。

①例如我們的電腦在工作時，電路元件發(fā)熱，溫度升高，會影響到電腦的穩(wěn)定性，甚至燒壞電腦

CPU。人們常常采用安裝散熱窗、使用微型風扇等方法及時散熱。

②電視機散熱方法：在后蓋開有很多孔，為了通風散熱。

③投影儀的散熱方法：除在側(cè)壁開孔外，內(nèi)部還裝有電風扇,工作時電風扇轉(zhuǎn)動把熱最吹到機器外

面，可以降低燈泡、機器內(nèi)部元件的溫度。

【例題5】下列實例中，為了防止電熱產(chǎn)生危害的是(C)

A.用電熨斗熨衣服

B.高空匕行員所穿衣服里有電熱保溫裝置

C.電視機的機殼上有許多小孔

D.孵化家禽的電熱孵卵機

【解析】ABD.電熨斗、高空飛行員所穿衣服里的電熱保溫裝置、孵化家禽的電熱孵卵機都是利用電

熱來為人類服務，故ABD不符合題意；

C.電視機的機殼上有許多小孔是為了把各電器元件工作時產(chǎn)生的熱量及時散失掉，即是為了防止電

熱危害，故C符合題意。故選C。

【精講點撥】

1.焦耳定律公式Q=/2心具有普遍意義，適用于任何電路電流所產(chǎn)生的熱量的計算。而推導公式

只適用于純電阻電路（即電功等于電熱）。

2.電流的熱效應有不利的因素，如電熱會燒毀電器元器件，引發(fā)火災。但在我們生活中和許多產(chǎn)業(yè)中

都要用到電熱。如家里的電飯鍋、電熨斗，養(yǎng)雞場的電熱孵化器等都是利用電熱的。

【歸納整理】第4節(jié)焦耳定律

廠①電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的現(xiàn)象。

電流的--②電流通過導體產(chǎn)生熱的多少跟電流、

熱效應_電阻、通電時間有關(guān)。

①內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的

二次方成正比，跟導體的電阻成正比，

焦跟通電時間成正比。

耳

②公式：Q=PRt

定焦耳定律

律/為電流，單位A；火為電阻，單位C：

，為時間，單位s：。為熱量，單位J.

③推導公式：。=%=5適用于純電阻電路。

④電功少與電熱0：純電阻電路中0=%

非純電阻電路中0〈匹

電熱的利

用利防止?應用：電熱器。防止：散熱器等。

【課堂練習】

1.如圖所示，芯片體積小，元件密集。當芯片中有電流通過時，由于芯片元件有電阻，不可避免地會

產(chǎn)生熱量，這種現(xiàn)象稱為電流的效應。為了不影響芯片的性能，通常讓散熱部件與芯片緊密結(jié)合，

來降低芯片的溫度，這是通過______的方式改變芯片內(nèi)能。

【答案】熱熱傳遞

【詳解】當芯片中有電流通過時，由于芯片元件有電阻，不可避免地會產(chǎn)生熱量，這種現(xiàn)象稱為電流

的熱效應（電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象）。

讓散熱部件與芯片緊密結(jié)合，來降低芯片的溫度，這是通過熱傳遞的方式改變芯片內(nèi)能（熱傳遞是由

于溫度差引起的熱能傳遞現(xiàn)象，芯片的熱量傳遞到散熱部件）。

2.將規(guī)格都是“220V150W”的一臺電風扇、一臺電視機卻一只電烙鐵分別接入家庭電路中，正常工

作相同時間，以下說法正確的是（）

A.三個用電器均將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

B.電烙鐵消耗電能最快

C.三個用電器消耗的電能一樣多

D.三個用電器產(chǎn)生的熱量相等

【答案】C

【詳解】A.電烙鐵工作時，能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電風扇、電視機工作時，其消耗的電能不只

是轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還會轉(zhuǎn)化為機械能或光能和聲能，故A錯誤；

B.根據(jù)題意可知，三個用電器都是正常工作，實際功率等于額定功率，所以，三個用電器消耗電能

一樣快，故B錯誤；

C.三個電器都在額定電壓下工作，實際功率相同都是I50W,由卬=臼可知，相同時間內(nèi)三個電器消

耗的電能一樣多，故c正確；

D.電風扇工作時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能；電視機工作時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能和聲能；電烙

鐵工作時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；且相同時間內(nèi)三個電器消耗的電能相同，因此相同時間內(nèi)，電烙鐵產(chǎn)生

的熱量最多，故D錯誤。

故選C。

3.“世界皮影看中國，中國皮影看陜西！”如圖所示，皮影藝人與時俱進，用電燈代替油燈作光源進

行皮影戲表演。電燈工作一段時間后發(fā)燙，這是因為電流具有效應，而與電燈連接的導線卻涼涼

的，這是因為燈絲的電阻________（選填“大于”“小于”或“等于”）導線的電阻。

【答案】熱大于絕緣體

【詳解】電流通過導體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫作電流的熱效應。電燈工作一段