高中物理人教版1第一章電場(chǎng)電流電流的熱效應(yīng)

電流的熱效應(yīng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.知道電流熱效應(yīng)的決定因素，學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法研究導(dǎo)體通電時(shí)發(fā)熱的規(guī)律.2.理解焦耳定律的內(nèi)容，并能用焦耳定律解決一些實(shí)際問題．知識(shí)點(diǎn)一、焦耳定律1．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間成正比．這個(gè)規(guī)律叫做焦耳定律．2．公式：如果用Q表示熱量，用I表示電流、R表示導(dǎo)體的電阻，t表示通電的時(shí)間，焦耳定律可以用Q＝I2Rt表示．二、熱功率1．定義：在物理學(xué)中，把電熱器在單位時(shí)間消耗的電能叫做熱功率．如果一個(gè)電暖器在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，那么，它的熱功率為P＝eq\f(Q,t)＝I2R.2．單位：在國(guó)際單位制中，熱功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是W.三、白熾燈1．白熾燈的工作原理是利用電流的熱效應(yīng)，使通電的金屬絲溫度升高，達(dá)到白熱，從而發(fā)光．2．以美國(guó)發(fā)明家愛迪生和英國(guó)化學(xué)家斯旺為代表的一批發(fā)明家，發(fā)明和改進(jìn)了電燈.知識(shí)探究一、電阻和電流的熱效應(yīng)[問題設(shè)計(jì)]閱讀教材，思考并回答下列問題：1．教材在研究電阻與電流的熱效應(yīng)關(guān)系時(shí)采用了先猜想后實(shí)驗(yàn)的研究方法，在實(shí)驗(yàn)中研究影響熱效應(yīng)的幾個(gè)因素時(shí)，應(yīng)用了什么研究方法？2．安裝在電路中的保險(xiǎn)絲是根據(jù)什么原理設(shè)計(jì)的，它的作用是什么？答案1.控制變量法.2.電流的熱效應(yīng)，保護(hù)電路．[要點(diǎn)提煉]1．焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間成正比．即Q＝I2Rt.(2)應(yīng)用：根據(jù)電流的熱效應(yīng)制成各種電熱器，如電熱水器、電熨斗、電熱毯等．2．電功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功叫做電功率．公式：P＝W/t＝IU，單位：瓦(W)．3．熱功率：電熱器在單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能叫做熱功率．公式：P＝Q/t＝I2R.(1)電動(dòng)機(jī)：電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電功率大于(填“大于”、“等于”或“小于”)熱功率．(2)電熱器：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電功率等于熱功率．各種電熱器上都有銘牌，上面標(biāo)明的額定功率就是它的熱功率．4．額定功率是指用電器正常工作時(shí)的功率，這時(shí)加在用電器兩端的電壓叫額定電壓，通過用電器的電流叫額定電流．二、電功和電熱的關(guān)系[問題設(shè)計(jì)]有的用電器消耗電能直接轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，有的用電器消耗電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．怎樣理解純電阻和非純電阻電路？答案所謂純電阻電路，就是電路消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路，則有：W＝Q，即有IUt＝I2Rt，進(jìn)而得出U＝IR.所以歐姆定律適用于純電阻電路．計(jì)算該電路消耗電能的公式和計(jì)算在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量的公式是相同的，可為：W＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t.同理可得，電功率和熱功率關(guān)系為：P＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).所謂非純電阻電路，就是電路消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，則有：W>Q.即有UIt>I2Rt，進(jìn)而得出：U>IR，所以歐姆定律不適用于非純電阻電路．所以計(jì)算該電路消耗電能的公式只能用W＝UIt；計(jì)算在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量的公式只能用W＝I2Rt.而公式W＝UIt＝eq\f(U2,R)t不再成立．[要點(diǎn)提煉]1．從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看電功與電熱的關(guān)系：(1)純電阻電路把消耗的電能全部轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能；(2)非純電阻電路把消耗的電能一部分轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能．2．公式適用的范圍(1)在計(jì)算消耗的電能、電功及電功率時(shí)，E＝W＝UIt，P＝UI對(duì)所有的用電器都適用；(2)在計(jì)算產(chǎn)生的電熱和熱功率時(shí)，Q＝I2Rt，P＝I2R對(duì)所有的用電器都適用；(3)只有純電阻電路Q＝W，這些公式才通用；對(duì)非純電阻電路W>Q，這些公式不能通用；歐姆定律只適用于純電阻電路．[延伸思考]你能說(shuō)明電風(fēng)扇在工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況嗎？答案電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．三、白熾燈和節(jié)約用電[要點(diǎn)提煉]1．白熾燈(1)原理：利用電流的熱效應(yīng)，使通電的燈絲溫度升高，達(dá)到白熱，從而發(fā)光，這就是白熾燈的發(fā)光原理．(2)能量轉(zhuǎn)化：白熾燈工作時(shí)，電能先轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為光能．2．節(jié)約用電的途徑(1)家電不要待機(jī)；(2)換用節(jié)能燈．例題一、焦耳定律例1通過電阻R的電流為I時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為eq\f(I,2)時(shí)，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A．4QB．2Q\f(Q,2)\f(Q,4)解析由功率公式P＝I2R，則Q＝I2Rt，Q′＝(eq\f(I,2))2(2R)t＝eq\f(I2R,2)t，所以Q′＝eq\f(Q,2)，只有選項(xiàng)C正確．答案C針對(duì)訓(xùn)練一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過相同的電流，在相同的時(shí)間內(nèi)()A．電爐放熱和電動(dòng)機(jī)放熱相等B．電爐兩端的電壓大于電動(dòng)機(jī)兩端的電壓C．電爐兩端的電壓等于電動(dòng)機(jī)兩端的電壓D．電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率答案AD解析由于電爐與電動(dòng)機(jī)的電阻相等，電流也相等，由Q＝I2Rt得，相同的時(shí)間內(nèi)放熱相等，選項(xiàng)A正確；由于電動(dòng)機(jī)消耗的電能有一部分要對(duì)外做功，所以電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率，由P機(jī)＝U機(jī)I，P爐＝U爐I知，U機(jī)I>U爐I，所以電動(dòng)機(jī)兩端的電壓大于電爐兩端的電壓，因此選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確．二、電功和電熱例2下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法中正確的是()A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，UI>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路解析電功率公式P＝eq\f(W,t)，功率越大，表示電流做功越快．對(duì)于一段電路，有P＝IU，I＝eq\f(P,U)，焦耳熱Q＝(eq\f(P,U))2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)，所以P越大，Q不一定越大，A錯(cuò)；W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路．而I＝eq\f(U,R)只適用于純電阻電路，則W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t也只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正確；Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D正確．答案BCD針對(duì)訓(xùn)練一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為U，額定功率為P，電動(dòng)機(jī)內(nèi)電樞導(dǎo)線的電阻為R，那么它