第十八章第四節(jié)焦耳定律

1、第四節(jié)焦耳定律教學目標：（1）知道電流的熱效應(yīng)（2）知道焦耳定律（3 ）知道電熱的利用和防止教學重點：通過探究，知道電流的熱效應(yīng)與那些因素有關(guān)教學難點：探究實驗中“控制變量”的應(yīng)用知識點一：電流的熱效應(yīng)（1）電流三大效應(yīng)：熱效應(yīng) 磁效應(yīng) 化學效應(yīng)（2）熱效應(yīng)：電流通過導體時，電能要轉(zhuǎn)化成熱，這個現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。（3）利用電流熱效應(yīng)工作的用電器叫做電熱器，如電爐、電熱水器等。則沒有電流（4）任何用電器，只要有電阻存在，電流通過時都會發(fā)熱，如果電阻為零（如超導體） 的熱效應(yīng)產(chǎn)生。例題講解：電熱水壺銘牌額定電壓220V額定功率400W容量500ml頻率50Hz圖）.他理解例1、（ 2007?防

2、城港）小強家新買了一個電熱水壺，使用前小強細讀電熱水壺的銘牌（如下 TOC o 1-5 h z 錯誤的是（）電熱水壺正常工作時的電壓為220V電熱水壺工作時實際消耗的功率都是400W電熱水壺每次燒水時最多只能盛水500ml電熱水壺應(yīng)接在電壓為 220V,頻率為50Hz的交流電源上使用解析：由銘牌可知，電熱水壺額定電壓為220V,額定功率為400W,電熱水壺最大容量500ml，交流電頻率為 50Hz. A C D正確，B錯誤.答案：B.例2、下列事例中，不屬于利用電熱的是（）A 、用電飯鍋煮飯B、用電熨斗熨衣服C 、用電熱孵卵器孵小雞 D 、電視機設(shè)置散熱窗解析：通過電流做功使電器發(fā)熱，我們可以

3、利用電熱但有時還要防止電熱.A、B、C三個都是利用電熱為我們工作，D是防止電視發(fā)熱過多而損壞電器， 故設(shè)置散熱窗.故D不是電熱 的利用，答案：D.跟蹤練習：1、 電熱壺的工作原理是利用了電流的 效應(yīng).利用電熱壺燒水時，將電能轉(zhuǎn)化為 能,使水燒開.給手機電池充電，這是將 能轉(zhuǎn)化為 能.2、 關(guān)于電熱的利用，下列說法中正確的是（）A 、電熱對我們來說總是有利的B、電熱對我們來說總是不利的C 、電飯鍋是利用電流熱效應(yīng)的原理制成的D 、電視機工作過程中沒有產(chǎn)生電熱答案：1、解析：電流的熱效應(yīng)是指導體通電時會發(fā)熱的現(xiàn)象，它的一個應(yīng)用是電熱壺，它將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而蓄電池充電時，是把電能轉(zhuǎn)化為化學能.答案

4、：熱；電；內(nèi)； 電；化學2 、解析：電熱是指電流通過導體時會產(chǎn)生熱量的現(xiàn)象，對于我們的生活也有利也有害.A、說法錯例1題圖誤，電熱會造成導線溫度上升，引發(fā)事故.B說法錯誤，利用電熱可以取暖.C、說法正確，電飯鍋是利用電流熱效應(yīng)的原理制成的.D說法錯誤，電視機工作過程中會產(chǎn)生電熱.答案：C知識點二： 探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān) 研究方法：控制變量法：探究電熱與電阻的關(guān)系，要保持電流和時間相等，改變導體的電 阻，把阻值不同的電阻串聯(lián)，比較產(chǎn)生熱的多少。探究電熱與電流的關(guān)系，應(yīng)控制電阻和時間相等，比較 電流產(chǎn)生熱的多少。轉(zhuǎn)化法：根據(jù) U形管液面高度差，比較電流產(chǎn)生熱的多少。兩個密封的容

5、器中封著等量的空氣，U形管中液面高度變化反映密封空氣溫度的變化。跟通電時間成正比。結(jié)論：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， 例1、某同學用如圖所示的裝置研究電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與導體電阻大小的關(guān)系。圖中兩個空氣盒內(nèi)分別封閉了質(zhì)量相等的空氣，橡膠管將空氣盒與U形管相連用筆畫線代替導線，把電路圖連接完整，并畫出對應(yīng)的電路圖。(2 )根據(jù)實驗電路圖，可以知道這個同學研究的是：電流通過導體 產(chǎn)生的熱量與 的關(guān)系。(3 )在實驗中，觀察 U形管中液面高度差的目的是為了判斷 (4)通過一段時，發(fā)現(xiàn)其中一個U形管液面高度幾乎不變，則出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是 。解析：實驗時需

6、將電源、開關(guān)、和兩個電阻絲串聯(lián)起來，電路圖如圖所示。兩個電阻絲串聯(lián)，通電電流和時間相等， 是為了探究放熱多少與電阻之間的關(guān)系?？諝馐軣崤蛎浢黠@，方便觀察。如果空氣盒漏氣，U形管的液面不會發(fā)生變化。(3 )空氣盒可能漏氣答案：(1)如圖所示 (2)電阻(3)電流通過導體產(chǎn)生熱的多少甲1題圖乙例1題答案圖跟蹤練習：1、為了探究影響電熱的因素，實驗室準備了兩 個裝有質(zhì)量相等的空氣盒、如圖所示連接 電路，分別設(shè)計了甲、乙所示的兩個方案這兩個方案的共同點是通過觀察什么知 道電熱的多少甲方案探究的問題是什么 ？乙方案探究的問題是什么？解析：我們在實驗探究中常使用轉(zhuǎn)換法進行研究，本題就是通過空氣的熱脹冷縮觀

7、察出放熱的多少；根據(jù) 控制變量的思想，誰變研究誰可知，甲研究的是放熱多少與電阻的關(guān)系；乙研究的是放熱多少與電阻 的關(guān)系。答案：（1）.觀察U形管中液面的高度（2）在電阻和時間一定時，電熱與電流的關(guān)系（3）在電流和時間一定時，電熱與電阻的關(guān)系知識點三：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：Q=I2Rt（3）單位：Q-熱量-焦耳（J）, R-電阻-歐姆（Q ） , 1-電流-安培（A）,t-時間-秒（s）（4）電熱與電功：用電器工作時只有一部分電能轉(zhuǎn)化為熱。W Q+ W其它=I 2Rt + W其它例題講解：題型一、焦耳定

8、律的簡單計算賴走電壓220V例1、（2009?德州）有一電熱水壺，銘牌如表所示.求：頻率50Hz（1）該電熱水壺的額定電流和電阻.額定功率IW0W（2）該電熱水壺正常工作 100s消耗了多少電能？最大水量1kg解析：（1）從銘牌中讀出電熱水壺的額定電壓和額定功率，利用I= P/U 求出電熱水壺的額定電流，再利用R= U/I求出電熱水壺的電阻；（2）已知電熱水（例1題表）壺的額定功率和工作的時間，利用W=Pt即可求出電熱水壺消耗的電能；答案：（1）額定電流： 匸 PU=1100W220V=5A 電阻：R= U/l=220V/5A=44 Q;（2）消耗的電能： W=Pt=1100WA 100s=1

9、.1 X 105J ；例2、小李同學自制了一個 “簡易電熱驅(qū)蚊器”，它的發(fā)熱元件是一個阻值為1.0 X 104q定值電阻將這個驅(qū)蚊器接到220V的電源上，1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 J ;若加到該定值電阻上的電壓減小到原來的 1/2，則在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量是原來的倍解析:（1）產(chǎn)生熱量Q=丄=R2(220V) 60s1 1041=209.4J（2）當該定值電阻上的電壓減小到原來的Q= U/2 ,U)2Rt Rt1 u2 Jq4 Rt 42題圖1 TOC o 1-5 h z 答案：290.4J倍.4跟蹤練習：1、某導體的電阻是2 Q ,通過2A的電流時，1mi n導體產(chǎn)生的熱量是（）A、4JB、8

10、JC、240J D、480J2、 （2013廣州）如右圖所示是額定電壓為220V的理發(fā)用電吹風的典型電路，其中電熱絲通電后可以發(fā)熱,電動機通電后可以送風，且電動機的額定功率為120W。（1）要送冷風，選擇開關(guān)應(yīng)放在 位置；要送熱風，選擇開關(guān)應(yīng)放在位置。（填“ A ”、“B”或“ C”）（2）若電吹風在額定電壓下工作，送冷風時，通電8min電流所做的功是多少？(3)若電吹風在額定電壓下工作，送熱風時電路消耗的總功率為560W，則電熱絲R的阻值應(yīng)為多大?3、 一只烘干箱，當通過的電流是5安時，每分鐘產(chǎn)生的熱量是6.6 X 104焦，求該烘干箱發(fā)熱體的電阻和功率？工作5小時用幾度電？4、 一個“ 2

11、20V 1000W的電熱器，在額定電壓下通電15分鐘，(1 )產(chǎn)生的熱量是多少焦？(2 )若家用電能表上標有“ 3000r/KWh ”的字樣，則在這段時間內(nèi)電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過了多少轉(zhuǎn)？2 2答案：1、答案：產(chǎn)生的熱量 Q=I Rt= (2A) X 2 QX 60s=480J ;2 、答案：(1) B A (2) 電流做的功 W=R =120W X 8 X 60S =57600J( 3)電熱絲發(fā)熱功率為P2=560W-120W =440W 電熱絲的電阻(220V)440W3 、答案：44Q 1.1KW 5.5KW h4、答案：(1) 9X 105J(2) 750題型二、比值計算例1、兩個電熱器的電

12、阻之比是3:2，把它們串聯(lián)在電路中使用， 在相同時間內(nèi)它們放出的熱量之比是B. 2： 3 C. 9： 4解析：在串聯(lián)電路，電流相等，通電時間相同，由答案：AD . 4: 9Q=l2Rt推得放出熱量與電阻成正比例例2、將兩個阻值相同的電阻串聯(lián)后接入電路中，時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 Q1;如果將它們并聯(lián)后接入同一電路中，相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q2貝U Q1 ：Q2為( )A . 4： 1 B. 1 : 4 C. 2： 1 D. 1 : 2解析：在串聯(lián)電路，相同兩個電阻的等效電阻等于2R,在并聯(lián)電路中，相同兩個電阻的等效電阻等于1/2R ;由Q=I2Rt變形公式(純電阻)QtR由于總電壓U相同，時間t

13、相同，可知兩次比值為1:4。答案：BII=ii總結(jié)歸納：在串聯(lián)電路中電流相同(非不變)，其他的電壓之比，電功率之比,IIII放熱之比，做功之比均與電阻成正比;W _P1 U1W2 _ Q2 _ p2 _ U 2 _ R2IIII在并聯(lián)電路中電壓相同，其他的電壓之比，電功率之比，放熱之比，做功之比IIII均與電阻成反比。Q1P1R2W2Q2P2R1II跟蹤練習：1、一個電爐接在220V的電路上時用10min可以燒開一壺水，若該接在110V的電路上(忽略散熱等因素影響)，燒開這壺水需要的時間為()A . 10minB . 20minC . 30minD . 40min2、用電熱絲燒水，當電壓為 U

14、時，t秒內(nèi)可將水燒開如果電壓降為原來的一半，則同樣燒開這些水所需 的時間應(yīng)為（）A . t/4 B . t/2C. 2t D . 4t答案：1、解析：在兩次過程中由于定值電阻阻值不變，根據(jù)推導式Q=Wt可以得出兩次時間比值進而R可以計算出時間。答案：D2、解析：在兩次過程中由于定值電阻阻值不變，根據(jù)推導式Q二可以得出兩次時間比值進而可R以計算出時間為4t。答案：D題型三、電熱器的檔位計算例1、如圖所示為某電熱飲水機的電路原理圖，飲水機有加熱和保溫兩種工作狀態(tài)，飲水機熱水箱內(nèi)水溫 達到92 C時開關(guān)S1自動斷開，處于保溫狀態(tài)；當水溫降至一定溫度時，S1又閉合重新加熱已知電源電壓保持220V不變，

15、電阻R1 “的阻值為1210Q，電阻R2的阻值為121 Q .求：（1）飲水機處于保溫狀態(tài)時的電功率是多少？（2）飲水機處于加熱狀態(tài)時電路的總電流是多少？解析：（1）分析保溫狀態(tài)時的電路，掌握電功率的計算公式及推導公式. 電路中的電壓和電路中的電阻，根據(jù)公式P= U/R進行計算.（2）要掌握并聯(lián)電路中的電流關(guān)系：干路電流等于各支路電流之和.同時要掌握歐姆定律的計算公 式及其變形公式l= U/R .答案：（1）保溫狀態(tài)時，S斷開，電路中只有 R.此時電路中的電功率是2 2P 1=U/R1=（220V） /1210 Q =40W答:飲水機處于保溫狀態(tài)時的電功率是（2）當S閉合時，飲水機處于加熱狀態(tài)

16、，此時Ri和R2并聯(lián)在電路中，貝U l=l 1+12= U/R 計 U/R2= 220V/1210 Q + 220V/121 Q =2A答：飲水機處于加熱狀態(tài)時電路的總電流是2A.1題圖P=UI= J/R=l 2/R，根據(jù)已知條件40W例2、如圖是一條電熱毯電路的示意圖，R）是發(fā)熱電阻絲，R是串聯(lián)在電路中的電阻，S是控溫開關(guān).電熱毯標牌上標有“ 220V 40W” 考慮溫度對電阻值的影響）要使電熱毯處于低溫擋時，開關(guān) 于狀態(tài).解析：根據(jù)圖示，當S閉合時，只有 R0在電路中；當S斷開時， 聯(lián)在電路中；當開關(guān)S處于斷開狀態(tài)時，電熱毯處于低溫檔. 根據(jù)焦耳定律 Q=I2Rt, R）在一定時間內(nèi)產(chǎn)生的

17、熱量就少.答案：斷開.跟蹤練習：1、有一電熱毯，其說明書上標明它所用的電壓為220V,電熱毯電阻由R和艮組成，已知R=605Q,如圖所示，利用開關(guān)S的通斷可以使電 熱毯的發(fā)熱功 率 （指電路的總功率）分為兩檔，兩檔的功率之比為1： 4,問：（1）開關(guān)S處于什么狀態(tài)時，電 熱毯的功率最大？最大功率是 多大？例2題圖字樣（不S應(yīng)處R與R）串因為電路中總電阻大， 通過Ro的電流小,Ri1題圖Hl電阻R2的阻值應(yīng)為多大？電熱毯處于低檔時，1小時內(nèi)發(fā)熱多少J ?2、(2013江西)如圖所示，是某電器內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)圖，Ri、R2為阻值相同的電熱絲，不同的連接方式其發(fā)熱功率不同，下列說法不正確的是()A甲的

18、發(fā)熱功率與丙的發(fā)熱功率相等B 丁的發(fā)熱功率是丙的發(fā)熱功率的2倍D 丁的發(fā)熱功率是乙的發(fā)熱功率的C丙的發(fā)熱功率是乙的發(fā)熱功率的3、小彭家的電熱飲水機有加熱和保溫兩種工作狀態(tài)，飲水機的銘牌數(shù)據(jù)如下，電路工作原熱水箱水量額定電壓加熱時功率保溫時功率2kg220V660W44W3題圖理如圖所示.當開關(guān)S閉合，S1斷開，它是處于狀態(tài)；正常加熱時通過飲水機的電流大小為A .4、(2012年桂林)小明同學家里的電熱飲水機有加熱和保溫兩種功能，可由機內(nèi)溫控開關(guān) So進行自動控制。小明從說明書上收集到如下表中的部分數(shù)據(jù)和圖所示的電路原理圖。額定電壓220V頻率50Hz額定加熱功率920W4題圖請解答如下問題：(

19、計算結(jié)果若不能整除，保留一位小數(shù))這個電熱飲水機正常工作時，在加熱狀態(tài)下的總電流大約是多大？若電阻R2的阻值為1210Q，則電阻R1的阻值為多少？答案：1、( 1)開關(guān)S處于閉合狀態(tài)時，電熱毯的功率最大， 最大功率是80W (2)電阻R的阻值應(yīng)為1815Q. (3)電熱毯處于低檔時，1小時內(nèi)發(fā)熱 7.2 X 104J . 2、A 3、保溫；3. 4、(1) 4.2A (2) 55QIF|幫你理解：電熱器的高溫檔和低溫檔220V,所以根據(jù)P=，當電熱器RII一般電熱器是屬于純電阻電路，工作時兩端電壓為的電阻絲越小，則越是高溫檔。知識點四：純電阻電路和非純電阻電路純電阻電路：只含電熱元件的電路為純

20、電阻電路(電能全部轉(zhuǎn)化為熱能)如電爐、白熾燈等。純電阻電路中：電功 =電熱： W=Q=Ult=|2Rt=U2t/R; 電功率=熱功率：2P=P 熱=UI=I R=U/R 非純電阻電路：有些用電器如轉(zhuǎn)動的電扇、正在充電的電池等，再消耗電能轉(zhuǎn)化為熱能的同時，還轉(zhuǎn)化為其他能，這樣的電路為非純電阻電路。非純電路中電功：W=UIt大于電熱：Q=|2Rt P電=卩熱+P其他電功率與熱功率的區(qū)別：電功率是指某段電路上消耗的全部電功率。決定于這段電路兩端電壓和通過的電流強度的乘積；熱功率是指這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率。決定于通過這段電路電流強度的平方和這段電路電阻的乘積。2電功率：P=UI大于熱功率：P熱=1 R若用電器是電熱器，此時電能完全轉(zhuǎn)化為熱則有：W Q例題講解：例1、小華組裝了一臺直流電動機模型，她將電動機模型接入如圖(a )所示的電路中，已知電源電壓U=3V,并保持不變，接通電路后，電動機沒轉(zhuǎn)動時，電流表讀2A;電動機正常轉(zhuǎn)動，電流表讀數(shù)l=0.8A ,已知電動機正常工作時的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖(b)所示，摩擦不計，求：(1)電動機正常轉(zhuǎn)動1min消耗的電能 W和線圈產(chǎn)生的熱量 Q.例1題圖(2)電動