初三物理人教版知識(shí)導(dǎo)學(xué)焦耳定律（提高）知識(shí)講解

1、焦耳定律（提高）撰稿：肖鋒 審稿：雒文麗【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、知道電流的熱效應(yīng)；2、理解焦耳定律，知道電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關(guān)；3、知道電熱的利用和防止?！疽c(diǎn)梳理】要點(diǎn)一 、電流的熱效應(yīng)1定義：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。2影響電流的熱效應(yīng)大小的因素：導(dǎo)體通電時(shí)，產(chǎn)生熱的多少與電流的大小、導(dǎo)體電阻的大小和通過(guò)時(shí)間有關(guān)。通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流越大，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。要點(diǎn)詮釋：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電流的熱效應(yīng)總是存在的。這是因?yàn)閷?dǎo)體都有電阻。導(dǎo)體通電時(shí)，由于要克服導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用，所以要消耗電能，這時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。如果導(dǎo)體的電阻為零，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，不

2、需要把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這時(shí)電能在導(dǎo)體中傳輸時(shí)也不會(huì)因發(fā)熱而損失。3. 探究影響電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的因素（1）電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系如圖18.4-2所示，兩個(gè)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(gè)密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。 兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)接到電源兩端，通過(guò)兩段電阻絲的電流相同。通電一定時(shí)間后，比較兩個(gè)U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說(shuō)明了什么? 實(shí)驗(yàn)表明：在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。（2）電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系如圖18.4-3所示，兩個(gè)密閉容器中的電阻一樣大，在其

3、中一個(gè)容器的外部，將一個(gè)電阻和這個(gè)容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，因此通過(guò)兩容器中電阻的電流不同。在通電時(shí)間相同的情況下，觀察兩個(gè)U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說(shuō)明了什么? 實(shí)驗(yàn)表明：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過(guò)一個(gè)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。要點(diǎn)二、焦耳定律1內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。這個(gè)規(guī)律叫焦耳定律。2公式：Q=I2Rt要點(diǎn)詮釋：焦耳定律的另外兩個(gè)表達(dá)式：1. 從公式我們能看出,電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量受電流的影響最大。2. 在應(yīng)用焦耳定律的表達(dá)式來(lái)解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行分析選用，例如，當(dāng)幾個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)起來(lái)時(shí)，由

4、于通過(guò)導(dǎo)體的電流相等，通電時(shí)間也相等，應(yīng)用表達(dá)式分析，此時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻R成正比；當(dāng)幾個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)起來(lái)時(shí)，由于加在導(dǎo)體兩端的電壓相等，通電時(shí)間也相等，應(yīng)用表達(dá)式分析，此時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻成反比。3. 幾個(gè)公式的比較電功 電功率 焦耳定律 適用范圍 基本公式 W=UIt 普遍適用 導(dǎo)出公式 純電阻電路W=Q 4. 只有在純電阻電路中可以用電功公式計(jì)算電熱。因?yàn)樵诩冸娮桦娐分?，電流做的功全部用?lái)產(chǎn)生熱量，此時(shí)電功等于電熱，即W=Q。而在非純電阻電路中，電流所做的功只有一部分用來(lái)產(chǎn)生熱量，如電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，既產(chǎn)生熱量又產(chǎn)生機(jī)械能，電功等于熱量與機(jī)械能之和，即WQ，故此時(shí)就不能用電功的公式來(lái)計(jì)算

5、電熱了。要點(diǎn)三、電熱的利用和防止 1. 電熱的利用：日常生產(chǎn)、生活中會(huì)經(jīng)常用到電熱,如家用的熱水器、電飯煲等,這些都是用電來(lái)加熱的設(shè)備,叫電熱器。要點(diǎn)詮釋：這些用電器的共同特點(diǎn)就是利用電流做功,將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,使我們獲得需要的熱量。有些電器通電時(shí)也能產(chǎn)生熱量,但是由于不是用電來(lái)加熱的,所以不能叫電熱器(如電視機(jī)、電腦等)。 2. 電熱的危害：很多情況下,電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量,并不是我們需要的,這時(shí)電能白白消耗掉了,有時(shí)還會(huì)引起事故甚至災(zāi)害,所以要想辦法阻止電熱的產(chǎn)生。要點(diǎn)詮釋：我們說(shuō)的電熱的危害是對(duì)于我們的需要來(lái)說(shuō)的,如果產(chǎn)生的熱量是我們需要的,那對(duì)我們是有利的,反之就是有害的，如：電視

6、機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量,在正常觀看時(shí)是有害的，但當(dāng)電視機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí),我們可以利用電熱來(lái)驅(qū)潮,這時(shí)的電熱是有利的。電熱器在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量如果過(guò)多,也會(huì)帶來(lái)危害,所以我們?cè)谡Ｊ褂秒娔墚a(chǎn)生的熱量時(shí),也要注意安全。 【典型例題】類型一、基礎(chǔ)知識(shí)1、電動(dòng)機(jī)是一種廣泛應(yīng)用的動(dòng)力設(shè)備，它主要上把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因其線圈存在電阻，還有一小部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能?，F(xiàn)有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其線圈電阻為0.4歐，當(dāng)它的兩端電壓為220V時(shí)，通過(guò)它線圈的電阻的電流為10A，則在1分鐘內(nèi)該電動(dòng)機(jī)消耗的電能是 J，線圈產(chǎn)生的熱量是 J。 【思路點(diǎn)撥】（1）已知電壓與電流，由功的公式W=UIt可求出電動(dòng)機(jī)消耗的電能；（2）由公式

7、Q=I2Rt可求出電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量?！敬鸢浮?.32105；2.4103【解析】（1）電動(dòng)機(jī)1分鐘內(nèi)消耗的電能W=UIt=220V10A60s=1.32105J；（2）線圈每秒產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=（10A）20.460s=2.4103J。【總結(jié)升華】本題考查電動(dòng)機(jī)的功、線圈產(chǎn)生熱量的計(jì)算，把已知數(shù)據(jù)代入功的公式計(jì)算即可。舉一反三：【變式】晨光從一臺(tái)廢舊收錄機(jī)內(nèi)拆下一只電動(dòng)機(jī)，他將一只電流表與其串聯(lián)后接在6V的穩(wěn)定電源上，閉合開(kāi)關(guān)后，電動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)，而此時(shí)電流表的示數(shù)為2A，檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軸承被卡住了，排除故障后,電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流表示數(shù)為0.5A。求：(1)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻；(2

8、)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的耗電功率；(3)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的發(fā)熱功率；(4)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)的發(fā)熱功率。【答案與解析】(1)， (2) P=UI2=6V0.5A=3W，（3） P=I22R =（0.5A）23=0.75W(4) P熱=I12R=（2A）23=12W。 2、（2013瀘州）如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，三個(gè)相同的燒瓶A、B、C內(nèi)部都盛有質(zhì)量和初溫均相等的液體，其中，A、B燒瓶中裝的是水，C瓶中裝的是煤油，A、B、C瓶中電阻絲的阻值分別為RA、RB、RC，且RA=RCRB。當(dāng)合上開(kāi)光S通電一段時(shí)間后（三個(gè)燒瓶中的液體均未達(dá)到沸騰），A、B、C瓶中溫度計(jì)示數(shù)分別為TA、TB、TC。對(duì)三只溫度計(jì)示數(shù)的

9、判斷，下列說(shuō)法正確的是（均不計(jì)熱損失，比熱容C水C煤油）（） ATA=TBTC BTA=TCTB CTCTATB DTATBTC 【思路點(diǎn)撥】根據(jù)Q=I2Rt和Q=cmt進(jìn)行分析，先比較AB溫度計(jì)示數(shù)的關(guān)系；然后比較AC中溫度計(jì)示數(shù)的關(guān)系，最后得出三者之間的關(guān)系?！敬鸢浮緾【解析】由Q=I2Rt可知，A、C中電阻絲產(chǎn)生的熱量相同，B中產(chǎn)生的熱量最少，由于AB中都為水，因此產(chǎn)生熱量多的溫度計(jì)升高的示數(shù)就大，故TATB；由Q=cmt可知，吸收的熱量和質(zhì)量都相同時(shí)，比熱容越小，溫度變化越快，因此煤油中溫度計(jì)的示數(shù)大，故TCTA；綜合分析可得：TCTATB【總結(jié)升華】本題考查了學(xué)生對(duì)焦耳定律、吸熱公式

10、的掌握和運(yùn)用，判斷出電熱絲放熱的多少是本題的關(guān)鍵。舉一反三：【變式】電烙鐵通電一段時(shí)間后變得很燙，而連接電烙鐵的導(dǎo)線卻沒(méi)有明顯發(fā)熱，這是主要是因?yàn)椋ǎ〢導(dǎo)線的絕緣皮隔熱B導(dǎo)線散熱比電烙鐵快C通過(guò)導(dǎo)線的電流小于通過(guò)電烙鐵的電流D導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電烙鐵電熱絲的電阻【答案】D類型二、3、（2013長(zhǎng)春）如圖所示，電源電壓保持不變，燈L標(biāo)有“6V6W”字樣。當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S1時(shí)，燈L正常發(fā)光，再閉合開(kāi)關(guān)S2時(shí)，電流表的示數(shù)為1.5A。求：（1）燈L正常發(fā)光時(shí)的電阻。（2）通電1min電阻R產(chǎn)生的熱量。 【答案與解析】 【總結(jié)升華】此題主要考查的是學(xué)生對(duì)電功率、焦耳定律公式的理解和掌握，弄明白電壓和電流關(guān)系

11、是解決此題的關(guān)鍵。4、有一個(gè)電壓值可任意選取的電源，有若干根電阻值相同的電阻絲。現(xiàn)把一根電阻絲接在電壓值為U 的電源上，通電1min，電阻絲產(chǎn)生的熱量為Q，要想使電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q，應(yīng)采取哪三種最簡(jiǎn)單的不同方法?！敬鸢概c解析】根據(jù)Q=I2Rt及導(dǎo)出公式QU2t/R可采取的方法有：方法一：由Q=I2Rt可知，把一根電阻絲仍接到U 兩端，通電時(shí)間延長(zhǎng)為3min，則電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q。方法二：由QU2t/R可知，把三根電阻絲并聯(lián)接在U兩端，通電仍為1min，則電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q。方法三：由QU2t/R可知，把一根電阻絲接到電壓為的電源兩端，通電1min，則電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q。【總結(jié)升

12、華】靈活運(yùn)用公式用不同方法解決問(wèn)題，體現(xiàn)解電學(xué)問(wèn)題的變通性。舉一反三：【變式】?jī)蓚€(gè)阻值分別為R1與R2的電熱絲，R1=15，R2=30。把它們串聯(lián)后接在家庭電路上，經(jīng)過(guò)9min產(chǎn)生熱量Q。若把它們并聯(lián)后仍接在家庭電路上，要產(chǎn)生同樣熱量Q，需要多少時(shí)間?(設(shè)電熱絲的電阻不受溫度影響)【答案】2min【解析】串聯(lián)電阻為：R串=R1+R2=15+30=45，產(chǎn)生熱量： 并聯(lián)電阻為： 產(chǎn)生熱量： 聯(lián)立解得需要時(shí)間：。5、李明同學(xué)從商店里買來(lái)一個(gè)電熱毯。使用中有時(shí)感到溫度太高，他想用一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)電阻把它改裝為兩檔，使電熱毯在單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量為原來(lái)的一半。廠家說(shuō)明書上只寫著額定電壓為220 V，沒(méi)有其他額定指標(biāo)。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)方案完成這項(xiàng)改裝。要求：(1)畫出電路圖；(2)推導(dǎo)出所用電阻大小的計(jì)算公式；(3)指出安裝時(shí)必須注意的問(wèn)題?！敬鸢概c解析】(1)依題意要使電熱毯在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量變?yōu)樵瓉?lái)的一半，那么電熱毯兩端的電壓應(yīng)變小，需要串聯(lián)一個(gè)分壓電阻。設(shè)計(jì)電路如圖所示。(2)根據(jù)電功率公式，可以得到。上式中U和