37焦耳定律（基礎）知識講解含練習

PAGE焦耳定律（基礎）

【學習目標】

1、知道電流的熱效應；2、理解焦耳定律，知道電流通過導體時產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關；3、知道電熱的利用和防止?！疽c梳理】

要點一、電流的熱效應1．定義：電流通過導體時電能轉化成內能，這個現(xiàn)象叫做電流的熱效應。

2．影響電流的熱效應大小的因素：導體通電時，產(chǎn)生熱的多少與電流的大小、導體電阻的大小和通電時間有關。通電時間越長，電流越大，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。

要點詮釋：電流通過導體時，電流的熱效應總是存在的。這是因為導體都有電阻。導體通電時，由于要克服導體對電流的阻礙作用，所以要消耗電能，這時電能轉化成內能。如果導體的電阻為零，電流通過導體時，不需要把電能轉化成內能，這時電能在導體中傳輸時也不會因發(fā)熱而損失。3.探究影響電流通過導體產(chǎn)生的熱量的因素（1）電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關系如圖18.4-2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，右邊容器中的電阻比較大。兩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?實驗表明：在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。（2）電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關系如圖18.4-3所示，兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個容器的外部，將一個電阻和這個容器內的電阻并聯(lián)，因此通過兩容器中電阻的電流不同。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?實驗表明：在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。要點二、焦耳定律1．內容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫焦耳定律。

2．公式：Q=I2Rt

要點詮釋：焦耳定律的另外兩個表達式:

1.從公式我們能看出，電流通過導體產(chǎn)生的熱量受電流的影響最大。

2.在應用焦耳定律的表達式來解決問題時，應該根據(jù)具體情況進行分析選用，例如，當幾個導體串聯(lián)起來時，由于通過導體的電流相等，通電時間也相等，應用表達式分析，此時導體產(chǎn)生的熱量與電阻R成正比；當幾個導體并聯(lián)起來時，由于加在導體兩端的電壓相等，通電時間也相等，應用表達式分析，此時導體產(chǎn)生的熱量與電阻成反比。

3.幾個公式的比較電功電功率焦耳定律適用范圍基本公式W=UIt普遍適用導出公式純電阻電路W=Q4.只有在純電阻電路中可以用電功公式計算電熱。因為在純電阻電路中，電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量，此時電功等于電熱，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產(chǎn)生熱量，如電動機工作時，既產(chǎn)生熱量又產(chǎn)生機械能，電功等于熱量與機械能之和，即W>Q，故此時就不能用電功的公式來計算電熱了。要點三、電熱的利用和防止1.電熱的利用:日常生產(chǎn)、生活中會經(jīng)常用到電熱，如家用的熱水器、電飯煲等，這些都是用電來加熱的設備，叫電熱器。

要點詮釋：

這些用電器的共同特點就是利用電流做功，將電能轉化成內能，使我們獲得需要的熱量。

有些電器通電時也能產(chǎn)生熱量，但是由于不是用電來加熱的，所以不能叫電熱器(如電視機、電腦等)。

2.電熱的危害:很多情況下，電流通過導體時產(chǎn)生的熱量，并不是我們需要的，這時電能白白消耗掉了，有時還會引起事故甚至災害，所以要想辦法阻止電熱的產(chǎn)生。

要點詮釋：

我們說的電熱的危害是對于我們的需要來說的，如果產(chǎn)生的熱量是我們需要的，那對我們是有利的，反之就是有害的，如:電視機在工作時產(chǎn)生的熱量，在正常觀看時是有害的，但當電視機長時間不用時，我們可以利用電熱來驅潮，這時的電熱是有利的。

電熱器在工作時產(chǎn)生的熱量如果過多，也會帶來危害，所以我們在正常使用電能產(chǎn)生的熱量時，也要注意安全。

【典型例題】類型一、基礎知識1、（?宿遷中考）電爐中的電阻絲通電一段時間后變得很燙，而連接電爐的導線卻不怎么熱，主要是因為（）A．通電導線的電流小于通過電阻絲的電流B．導線的絕緣皮隔熱C．導線散熱比電阻絲快D．導線的電阻遠小于電阻絲的電阻，導線上產(chǎn)生的熱量很少

【思路點撥】電爐絲和導線串聯(lián)，通過的電流和通電時間相同，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，電阻越大電流產(chǎn)生的熱量越多，據(jù)此分析判斷?！敬鸢浮緿【解析】電爐絲跟銅導線串聯(lián)，通過它們的電流I和通電時間t相等，故A錯誤；

因為Q=I2Rt，R電爐絲＞R導線，所以產(chǎn)生的熱量：Q電爐絲＞Q導線，即相同時間內導線產(chǎn)生的熱量小于電爐絲產(chǎn)生的熱量，而與散熱快慢、隔熱效果無關，故D正確，B、C錯。故選D?！究偨Y升華】本題主要考查學生對焦耳定律的了解與掌握，分析時注意用好控制變量法。舉一反三：【變式】某導體通過1A的電流時，在某一段時間內放出的熱量是4J，如果通過它的電流增加到2A，在相同的時間內放出的熱量是()

Ａ．8JＢ．16JＣ．32JD.64J

【答案】B【解析】由于Q=I2Rt可知在t、R一定時，Q與I2成正比，電流變?yōu)樵瓉淼?倍時，Q變?yōu)樵瓉淼?倍。

2、小強同學為了探究“通電導體產(chǎn)生的熱量與電阻的關系”，設計了如圖所示的實驗(甲、乙兩個相同的燒瓶里裝滿煤油，玻璃管內液面相同)。

(1)電阻絲甲與乙采用串聯(lián)的連接方式，其目的是_________。

(2)已知電阻絲的阻值R甲>R乙，通電一段時間后，_________燒瓶中的玻璃管液面上升較高。

(3)我們保持電源的電壓不變，利用該實驗裝置還可以探究通電導體產(chǎn)生的熱量與_________的關系(寫出一種即可)。

(4)上述實驗中，用到的科學方法主要是“控制變量法”，請你另舉一個平時學習過程中用到這種方法的實驗名稱：_________。

【答案】(1)使甲和乙的通電時間和通過的電流相同；(2)甲；(3)電流大小(或通電時間)；(4)探究電流與電壓和電阻的關系。(或探究電阻大小與哪些因素有關的實驗等)【解析】電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電流的大小、通電的時間、導體電阻的大小都有關，當我們探究產(chǎn)生的熱量與電阻的關系時，要使電流與通電時間相同，把兩個電阻串聯(lián)能很好地達到這一要求；當電流和通過時間相同時，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多，所以在通電一段時間后，甲中液面升得更高；在這一裝置中，我們還可以通過滑動變阻器的滑片改變電路中的電流，以某一個電阻為對象還可以探究產(chǎn)生的熱量與電流或熱量與電流通電時間的關系；(4)我們在前面探究電阻的大小與哪些因素有關、電流與電壓和電阻的關系等實驗時都用到了控制變量法。【總結升華】當我們在探究影響某物理量大小的因素時，常使其他的相關量保持相同，這種方法稱為控制變量法。學習物理的過程中，我們在很多的探究過程中都會用到這種方法。類型二、知識運用3、電動機是將電能轉化成機械能的機器，但由于線圈內部有電阻，所以同時還有一部分電能轉化成內能。若一臺玩具電動機接在6V的電源兩端，使其正常轉動時，通過電動機中的電流為0.3A；短暫地卡住電動機轉動軸，使其不能轉動，通過電動機中的電流為3A。則這臺電動機線圈的電阻為_____Ω，正常轉動時的效率是________________。【思路點撥】當電動機正常轉動時，消耗的電能（總功）轉化為機械能（有用功）和內能（額外功），轉化的內能可用焦耳定律Q=I2Rt來計算，此時的電動機電流、電壓、電阻關系不適用歐姆定律。當電動機被卡住時，消耗的電能就全部轉化為內能，此時的電動機電流、電壓、電阻關系適用于歐姆定律。【答案與解析】【總結升華】本題關鍵在于電動機不是個純電阻，所以對電動機正常轉動和卡住不轉的分析計算是不同的，這個需要同學們注意。舉一反三：【變式】如果電視機，電烙鐵和電風扇上都標有“220V，60W”的字樣，它們都在額定電壓下，工作相同的時間，三個用電器產(chǎn)生的熱量是（）A．電視機最多B．電烙鐵最多C．電風扇最多D．一樣多【答案】B【解析】三個電器功率一樣，即它們消耗的電能一樣；電視機主要是把電能轉化為聲能和光能，電風扇主要是把電能轉化為機械能，只有電烙鐵全部將電能轉化為熱量。4、（?朝陽區(qū)一模）一只額定電壓為U的電熱水壺，將它接入電壓為U的電路中，燒開一壺水所用的時間為t1；如果用這只電熱水壺在相同條件下燒開同樣一壺水所用的時間為t2，則此時所接入電路兩端的電壓U′為?！敬鸢浮俊窘馕觥吭O電熱壺的電阻為R，因為燒開同樣一壺水消耗的電能相等，并且，所以，由可得：，解得：?！究偨Y升華】本題考查了電功與熱量的綜合計算，關鍵是知道燒開同一壺水需要的熱量相同、消耗的電能相等。

舉一反三：【變式】兩根阻值相同的電阻絲，分別串聯(lián)和并聯(lián)后接在同一電源上，燒開同一壺水所用的時間分別為t1和t2，比較它們大小時，有()

A.t2>t1B.t1>t2C.t1=t2D.條件不夠，無法判定。

【答案】B【解析】燒開同一壺水需要的熱量是相同的，當兩個電阻串聯(lián)時，總電阻比每一個電阻都要大，當兩個電阻并聯(lián)時，總電阻比每一個電阻都要小，由可以知道，當電路兩端的電壓不變時，電阻越小，通過的電流越大。由Q=W=UIt可以知道，當Q一定時，對應的通電時間越短，所以t1>t2?！眷柟叹毩暋恳弧⑻羁疹}1.某工廠開發(fā)研制了一種高、中、低三擋家用電火鍋，觀察其內部結構發(fā)現(xiàn)是由兩個相同的發(fā)熱電阻絲構成。改變擋位就是改變電熱絲連入電路的方式。研究發(fā)現(xiàn)：旋動開關，當轉換開關在中擋位置時，發(fā)熱功率為600W，這時只有一個電阻絲連入電路。那么，當轉換開關分別處于高、低兩擋位置時，其發(fā)熱功率分別為________W和________W。

2.由于電流的_________效應，當電流通過電阻時會產(chǎn)生熱量，一根60Ω的電阻絲接在36V的電源上，通過電阻絲的電流為_________A，在1s內產(chǎn)生的熱量為_________J。

3.前幾年，廣大農(nóng)村地區(qū)進行了供電線路的改造，改造的內容之一就是把電線換成更粗的，使它的電阻_________，電流在導線上產(chǎn)生的熱量_________。

4.兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各放一根電阻絲，甲瓶中的電阻絲比乙瓶中的電阻絲電阻大，兩根電阻絲串聯(lián)后產(chǎn)生的熱量使甲瓶中煤油溫度上升得快，這表明當_________和_________一定時，電阻越大，電流產(chǎn)生的電熱越多，當增大電路中電流時，會發(fā)現(xiàn)在相同時間內甲、乙兩瓶中煤油的溫度上升得更高，這表明當_________一定時，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。

5.（?綏化中考）圖為“探究電流通過導體產(chǎn)生熱量與哪些因素有關”的實驗裝置。將阻值分別為5Ω和10Ω的電熱絲R1和R2，按如圖方式接入電壓為3V的電路中，則電流通過（選填“R1”或“R2”）電熱絲產(chǎn)生的熱量多；通電l0min，R2產(chǎn)生的熱量是J。二、選擇題6.（?青海中考）下列用電器利用了電流的熱效應來工作的是（）A．電風扇B．電鈴C．洗衣機D．電熱毯

7.照明電路中的白熾燈的燈絲往往在下列哪種情況下最容易燒斷（）A．長時間通電B．通電一瞬間C．斷電一瞬間D．燈座發(fā)生短路時8.電爐通電時，電熱絲熱得發(fā)紅，而與電熱絲串聯(lián)的銅導線卻不怎么熱，這是因為()

A.通過電熱絲的電流比通過銅導線的電流大得多

B.通過電熱絲的電流比通過銅導線的電流小得多

C.電熱絲的電阻比銅導線的電阻大得多

D.電流通過電熱絲要產(chǎn)生熱效應，通過銅導線不產(chǎn)生熱效應

9.關于電熱下列說法正確的是()

A.電熱對我們總是有利的B.電熱對我們總是不利的

C.電視機工作過程中沒有產(chǎn)生電熱D.電冰箱不是利用電流熱效應原理制成的

10一個電爐的電爐絲去掉原長的，則現(xiàn)在的發(fā)熱功率是原來的()

A.B.C.3倍D.倍

11.下列說法正確的是()

A.鎳鉻合金絲的電阻一定比銅絲的電阻大

B.當電阻阻值增大時，它的發(fā)熱功率也增大

C.不論兩個電阻絲怎樣連接，在相同的時間內總是電阻大的放出的熱量多

D.若用電器把電能全部轉化為熱，則成立。

12.用甲、乙兩個電熱器分別給兩杯條件相同的水加熱，加熱相同的時間，若用甲加熱的那杯水比用乙加熱的那杯水先沸騰，則說明()

A.甲的電阻比乙的電阻大B.甲兩端的電壓比乙兩端的電壓大

C.通過甲的電流比通過乙的電流大D.甲的發(fā)熱功率比乙的發(fā)熱功率大

13.下列用來防止電熱危害的物體是()

A.供取暖用的電熱毯B.引爆炸藥的電熱裝置

C.電熨斗的金屬處殼D.電視機的散熱窗

三、實驗與計算14.下面是小宇同學在實驗室中研究電流產(chǎn)生的熱量多少跟哪些因素有關的實驗記錄，有不完整的地方，請你幫他填寫完整。

課題：

研究電流產(chǎn)生的熱量多少與哪些因素有關.

裝置及原理：

我們組的同學組裝了如圖所示的實驗裝置，在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各放一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的阻值比乙瓶中的大，通電后電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量使煤油溫度升高，體積膨脹，煤油在玻璃管里上升。電流產(chǎn)生的熱量越多，煤油上升的高度_________。

實驗過程：

①接通電路一段時間，比較兩瓶中的煤油哪個上升得高，實驗結果是：_________瓶中的煤油上升得高。這表明，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。

②在兩玻璃管中的液柱降回原來的高度后，調節(jié)滑動變阻器，使電流增大，重做上述實驗，通電時間與前次相同。在兩次實驗中，比較甲瓶(或乙瓶)中的煤油哪次上升得高。實驗結果：在第二次實驗中，瓶中煤油上升得較_________。這表明，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。

③實驗表明，通電時間越長，瓶中煤油上升得越高，電流產(chǎn)生的熱量越_________。我們小組的同學一起對實驗現(xiàn)象進行歸納分析，找到了電流產(chǎn)生熱量的多少與_________、_________、_________等因素有關。

15.（?江陽區(qū)一模）如圖所示，電動機M的線圈電阻為0.5Ω。當S斷開時，電流表讀數(shù)為0.4A；當S閉合時，電流表讀數(shù)為2.4A，求：（1）電阻R為多大？（2）電動機工作5min，電動機線圈產(chǎn)生了多少熱量？（3）電動機的機械功率為多大？

【答案與解析】一、填空題1、【答案】1200

300【解析】根據(jù)電功率公式，電源電壓不變的情況下，電熱絲發(fā)熱功率與電路的總電阻成反比，總電阻越小，電熱絲發(fā)熱功率越大，所以高擋時是兩個電熱絲并聯(lián)，低擋時是兩個電熱絲串聯(lián)．中擋位置時，只有一個電阻絲連入電路．兩個相同的發(fā)熱電阻絲并聯(lián)（高擋）時總電阻為一根電熱絲電阻的1/2，所以發(fā)熱功率為中擋時的2倍，即1200W；兩個相同的發(fā)熱電阻絲串聯(lián)（低擋）時總電阻為一根電熱絲電阻的2倍，所以發(fā)熱功率為中擋時的1/2，即300W。2、【答案】熱；0.6；21.63、【答案】變??；減少【解析】進行電路改造的目的是為了減小導線上因發(fā)熱而引起的電能損失，換用更粗的導線是為了減小電阻，由Q=I2Rt可知產(chǎn)生的熱量比原來要少。4、【答案】電流；通電時間；電阻和通電時間5、【答案】R2；240【解析】由圖示電路圖可知，兩電阻串聯(lián)，通過電阻的電流I與電阻的通電時間t相等，由題意可知：R1＜R2，由焦耳定律：Q=I2Rt可知，在相等時間內，電阻R2產(chǎn)生的熱量多；電路電流：I=U/（R1+R2）=3V/（5Ω+10Ω）=0.2A，通電t=l0min=600s，R2產(chǎn)生的熱量：Q=I2R2t=（0.2A）2×10Ω×600s=240J。二、選擇題6、【答案】D7、【答案】B【解析】燈泡電阻隨溫度的變化而變化，溫度越低燈絲電阻越??；由電功率公式可知，U一定，R越小，燈泡實際功率P越大，燈泡實際功率越大，燈泡越容易燒斷；通電的一瞬間，燈絲溫度較低，燈絲電阻R較小，家庭電路電壓U一定，因此通電瞬間，燈絲實際功率較大，燈絲容易燒斷。8、【答案】C【解析】根據(jù)P=I2R，由于電熱絲和銅導線串聯(lián)，I相同，電阻大的發(fā)熱功率大。9、【答案】D【解析】電熱對我們既有有利的一面，又有不利的一面，故A、B錯；電視機工作時伴有熱的產(chǎn)生，故C錯