物理18.4焦耳定律

斷了的兩導(dǎo)線絞著相連，相當(dāng)于導(dǎo)線的橫截面積減小了，電阻變大。由Q＝I2Rt

可知，接頭處的產(chǎn)生的熱量會變多，容易造成火災(zāi)。第4節(jié)焦耳定律1．電流的熱效應(yīng)（1）定義：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的現(xiàn)象。（2）影響電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生內(nèi)能的因素：①在電流和通電時間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；②在電阻和通電時間相同的情況下，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多；③在電流和電阻相同的情況下，通電時間越長，產(chǎn)生的熱量越多。2．焦耳定律（1）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時間成正比。（2）公式：Q＝I2Rt（適用于所有電路。對于純電阻電路可推導(dǎo)出：Q＝W＝UIt＝Pt＝U2t／R），公式中各物理量的單位分別是J、A、Ω、s。3．電熱的利用和防止（1）利用：電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電烙鐵、電暖器等一些電熱器。（2）防止：如電視機(jī)后蓋有很多孔；電動機(jī)外殼有很多翼狀散熱片，使用時與軸相連的扇葉還向散熱片吹風(fēng)；電腦既有散熱窗又有電風(fēng)扇等。通風(fēng)散熱

降溫例

如圖18.4-1所示，是“探究電流的熱效應(yīng)跟電阻大小的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。A、B兩瓶煤油中都浸泡著一段金屬絲，燒瓶A內(nèi)的金屬絲是銅絲，電阻較小；燒瓶B內(nèi)的金屬絲是鎳鉻合金絲，電阻較大。在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使兩瓶中盛裝的煤油質(zhì)量相等且初溫相同。那么，當(dāng)開關(guān)S閉合，通電一段時間后，兩瓶中溫度上升較快的是

（選填“A”或“B”）瓶。比較電流產(chǎn)生的熱量由Q＝I2Rt，電阻大的產(chǎn)生的熱量多。找R的最大位置1．實(shí)驗(yàn)表明，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟

成正比，跟導(dǎo)體的

成正比，跟

成正比，這個規(guī)律叫做焦耳定律?？梢杂霉?/p>

表示。

電流的平方電阻通過時間

Q＝I2Rt

2.電流通過導(dǎo)體時

能轉(zhuǎn)化成

，這個現(xiàn)象叫做

。電

內(nèi)能

電流的熱效應(yīng)3．一個電熱器接在3V的電源上，5min內(nèi)產(chǎn)生的熱量是90J，則這個電熱器的電阻是30Ω，通過它的電流是

0.1

A，如果通過這個電熱器的電流是原來的2倍，則5min內(nèi)它產(chǎn)生的熱量是

360

J。分析：分兩步：求I再求R等式方法，列比

方法，針對基礎(chǔ)班級，先只講一種即可第二空可按照平時練熟悉的規(guī)律直接得出等于電阻比的反比5．電熱有有利的一面，也有不利的一面。家里的

電熱水器、電飯鍋、電熨斗

、電烙鐵、電熱毯

都是利用電熱的例子，而電視機(jī)后蓋有很多孔，就是為了

通風(fēng)散熱

；電動機(jī)的外殼有很多翼狀散熱片，使用時與軸相連的扇葉還向散熱片吹風(fēng)，也是為了降溫

06．某阻值為4Ω的定值電阻，通過的電流為0.5A，則1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量是60

J。7.甲、乙兩個電爐分別標(biāo)有“220V

500W”“220V

1000W”的字樣，把它們串聯(lián)在220V電路中，相同的時刻內(nèi)產(chǎn)生較多熱量的是

甲

。要使用公式Q＝I2Rt

來分析。若把它們并聯(lián)在220V電路中，相同的時刻內(nèi)產(chǎn)生較多熱量的是

乙

。要使用公式

來分析。

請教師及時復(fù)查長江85頁6題和4題7．標(biāo)有“220V50W”的電烙鐵接在220V的電源上，則它的發(fā)熱功率為

50

W,1min產(chǎn)生的熱量為300

J。①50W②套公式Q=W=Pt=50W

×

60S=300J

【】9.超導(dǎo)體的應(yīng)用有十分誘人的前景，假如有一天，科學(xué)家研制出室溫下的超導(dǎo)材料，那么使用超導(dǎo)材料可大大提高效率的用電器是(

)

A.白熾燈

B.電風(fēng)扇

C.電水壺

D.電飯鍋

析：純電阻電器有：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電器。白熾燈、電水壺、電飯鍋電風(fēng)扇

如果是用超導(dǎo)體

則就不發(fā)熱。將全部的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

多好。析：基礎(chǔ)鞏固提升【】10.小明同學(xué)在班會活動課上表演了一個小魔術(shù)，用金屬片點(diǎn)燃火柴，將一金屬片接在學(xué)生電源上(如圖18.4-2所示)，他將火柴放在哪個位置效果最明顯A.甲點(diǎn)B.乙點(diǎn)C.丙點(diǎn)D.都一樣基礎(chǔ)：

由Q＝I2Rt，電阻大的產(chǎn)生的熱量多。找R的最大位置【】11．給你一個電壓U保持不變的電源和甲、乙兩根電阻絲，已知R甲＞R乙，用這兩根電阻絲加熱同樣的一壺水時，水溫升高最快的是

A.只用一根電阻比較小的電阻絲

B.只用一根電阻比較大的電阻絲C.將兩根電阻絲串聯(lián)使用

D.將兩根電阻絲并聯(lián)使用

（此時另一個電阻可以設(shè)計為被短接）【】12.如圖18.4-3所示，是研究電流熱效應(yīng)的部分實(shí)驗(yàn)電路，甲電阻絲的阻值小于乙電阻絲的阻值（即R甲<R乙）。比較通電后兩根電阻絲各自兩端的電壓U甲、U乙以及它們在相同時間內(nèi)分別產(chǎn)生的熱量Q甲、Q乙的大小，下列關(guān)系中正確的是A.U甲=U乙，Q甲=Q乙B.U甲<U乙，Q甲>Q乙C.U甲<U乙，Q甲<Q乙D.U甲>U乙，Q甲<Q乙基礎(chǔ)：

串聯(lián)電路特點(diǎn)：

因?yàn)镽甲<R乙

串聯(lián)電路之比的電阻比的正比

由公式U=IR

知串聯(lián)電路中大阻分大壓

由Q＝I2Rt

知串聯(lián)電路中大阻分大熱量【】13．要使電熱器在單位時間內(nèi)的供熱量減半，以下方法可行的是(

)A.電阻絲不變，把加在它兩端的電壓減小一半B.電阻絲不變，把通過它的電流減小一半C.保持電壓不變，使電阻絲的電阻減半D.把電熱器的電阻和加在它兩端的電壓均減小一半析：學(xué)生不懂就取特殊值，建議在新課后及時綜合成復(fù)習(xí)題【】14．利用圖18.4-4中5個阻值相等的電阻完成“焦耳定律”的探究實(shí)驗(yàn)，以下說法不正確的是 A.本實(shí)驗(yàn)采用的研究方法有“控制變量法”和“轉(zhuǎn)換法”B.若要探究電流對電熱的影響，應(yīng)該選擇觀察甲、乙C.通電后在相同時間內(nèi)乙產(chǎn)生的熱量是丙產(chǎn)生熱量的8倍D．圖丙中外連接5Ω電阻的作用是改變丙中的電流，使通過電阻A、D的電流不同因?yàn)镼甲＝I25?t＝5Q乙＝I210?t＝10因?yàn)?/p>

Q乙=2倍Q甲

，Q甲＝4倍Q丙所以：Q乙＝8倍Q丙新增【B】15．把一臺電動機(jī)接入電壓為U=220V的電路中，通過電動機(jī)的電流為I=5A，電動機(jī)線圈的電阻為R=2Ω，t=1min通過線圈的電流產(chǎn)生的熱量為A.1452000J

B.3000J

C.66000J

D.50J析：并且評講是要拓展

如何求電功機(jī)

全部電能

W電能，電動機(jī)轉(zhuǎn)化為的機(jī)械能W機(jī)械，分別如何求1min通過線圈的電流產(chǎn)生的熱量為Q線圈＝I2Rt=（5）2×2×60=3000J針對程度好的班級：擴(kuò)展提問：

電動機(jī)的機(jī)械能怎么計算？

用減法電動機(jī)的機(jī)械功率怎么計算？電動機(jī)的線圈電功率怎么計算？【】16.將規(guī)格都是“220V

180W”的一臺電冰箱、一臺電腦和一床電熱毯，分別接入同一家庭電路中，若通電時間相同，則下列說法正確的是

A.電冰箱產(chǎn)生的熱量最多

B.電腦產(chǎn)生的熱量最多C.電熱毯產(chǎn)生的熱量最多

D.三者產(chǎn)生的熱量一樣多17．某學(xué)習(xí)小組在老師的指導(dǎo)下，探究“電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)”。他們用的實(shí)驗(yàn)器材如圖18.4-5甲所示，兩個透明容器中密封著等量空氣，U形管中液面最初相平，兩個密閉容器中都有一段電阻絲。（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖18.4-5甲兩個容器的電阻絲接到電路中。（2）實(shí)驗(yàn)中通過觀察液面高度的變化來比較電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少，這種方法叫轉(zhuǎn)換法

（3）接好電路，閉合開關(guān)，通電一段時間后，

右（選填“左”或“右”）側(cè)U形管中液面高度變化大，此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，在電流和通電時間均相同的情況下，

電阻

越大，所產(chǎn)生的熱量越多。（4）讓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相同阻值的電阻和這個容器內(nèi)的電阻并聯(lián)（如圖18.4-5乙所示）。把圖18.4-5甲中的電阻換成圖18.4-5乙中的電阻連接到電路中，重做這個實(shí)驗(yàn)。此時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U形管中液面高度變化，由此得到的結(jié)論是

。在電阻和通電時間相同時，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。

（5）如果熱量用Q表示，電流用I表示，電阻用R表示，時間用t表示，則Q＝I2Rt17．某學(xué)習(xí)小組在老師的指導(dǎo)下，探究“電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)”。他們用的實(shí)驗(yàn)器材如圖18.4-5甲所示，兩個透明容器中密封著等量空氣，U形管中液面最初相平，兩個密閉容器中都有一段電阻絲。（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖18.4-5甲兩個容器的電阻絲接到電路中。（2）實(shí)驗(yàn)中通過觀察液面高度的變化來比較電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少，這種方法叫轉(zhuǎn)換法

（3）接好電路，閉合開關(guān)，通電一段時間后，

右（選填“左”或“右”）側(cè)U形管中液面高度變化大，此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，在電流和通電時間均相同的情況下，

電阻

越大，所產(chǎn)生的熱量越多。（4）讓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相同阻值的電阻和這個容器內(nèi)的電阻并聯(lián)（如圖18.4-5乙所示）。把圖18.4-5甲中的電阻換成圖18.4-5乙中的電阻連接到電路中，重做這個實(shí)驗(yàn)。此時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U形管中液面高度變化，由此得到的結(jié)論是

。在電阻和通電時間相同時，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。

（5）如果熱量用Q表示，電流用I表示，電阻用R表示，時間用t表示，則Q＝I2Rt【】18．如圖18.4-6所示的裝置，在兩個相同燒瓶內(nèi)裝滿等量煤油，瓶塞上各插入一根相同的溫度計，瓶內(nèi)裝入粗細(xì)、材料相同的電阻絲R甲和R乙，R甲長度大于R乙（即R甲>R乙），閉合開關(guān)，經(jīng)過一段時間t1后，甲溫度計溫度示數(shù)T甲

（選填“大于”或“小于”）T乙，斷開開關(guān)，當(dāng)溫度計示數(shù)降到相同溫度時，向右移動滑片，再閉合開關(guān)，則溫度計溫度示數(shù)上升到T甲時，所需時間

t2

（選填“大于”或“小于”）t1。19．有一款新型智能電熱水壺，有高、中、低三擋，并可以手動調(diào)節(jié)，它的等效電路圖如圖18.4-7所示。其中R1＝R2＝88Ω，均為電熱絲，單刀雙擲開關(guān)S2可接a或b。（1）開關(guān)S1、S2處于什么狀態(tài)時，電熱水壺處于低溫?fù)?？?）電熱水壺處于中溫?fù)鯐r的電流是多大？（3）用高溫?fù)跫訜釙r，電功率是多大？把1kg水從20℃加熱到100℃需要多長時間？［已知C水＝4.2x103J／（kg·℃），不計熱量損失，時間計算結(jié)果保留整數(shù)］19．有一款新型智能電熱水壺，有高、中、低三擋，并可以手動調(diào)節(jié)，它的等效電路圖如圖18.4-7所示。其中R1＝R2＝88Ω，均為電熱絲，單刀雙擲開關(guān)S2可接a或b。（1）開關(guān)S1、S2處于什么狀態(tài)時，電熱水壺處于低溫?fù)?？?）電熱水壺處于中溫?fù)鯐r的電流是多大？（3）用高溫?fù)跫訜釙r，電功率是多大？把1kg水從20℃加熱到100℃需要多長時間？［已知C水＝4.2x103J／（kg·℃），不計熱量損失，時間計算結(jié)果保留整數(shù)］20．如圖18.4-8所示，是某品牌家用電熨斗的示意圖和銘牌。（1）求電熨斗正常工作時的電流是多少？（2）使用前先預(yù)熱，使底板的溫度從20℃升高到220℃，溫控開關(guān)自動斷開。已知底板的質(zhì)量為1kg，鐵的比熱容為0.46x103J／（kg·℃），求預(yù)熱過程底板吸收的熱量是多少？（3）當(dāng)?shù)装鍦囟冉档?90℃時，溫控開關(guān)自動閉合，當(dāng)加熱到220℃時又?jǐn)嚅_，如此反復(fù)。若電熨斗按如圖18.4-9所示的程序工作，熨一件衣服用時10min。求共消耗的電能是多少？一、原理：電功率的公式

P=U2/R

對于家庭電路而言,U是不變的，恒為220V。所以功率P發(fā)生變化的原因:R總發(fā)生變化因?yàn)殡娐返目傠娮鑂不同，

所以由公式P=U2/R可得：

1.當(dāng)總電阻R最大時，P最小。

2.當(dāng)總電阻R最小時，P最大。

R總最大為低溫檔

R總最小為高溫檔

二、應(yīng)用：

想要實(shí)現(xiàn)高低溫檔，就必須改變電路中的總電阻，通常通過開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。（P=U2/R）1.串聯(lián)電路中的高低溫檔

R1R2S220VR1R2S220VS斷開，R總=R1+R2

低溫檔S閉合，R總=R1

高溫檔2.并聯(lián)電路中的高低溫檔（P=U2/R）

RISR2220VRISR2220VS斷開，R總=R1

低溫檔S閉合，R1、R2并聯(lián)在一起工作，R總比R1、R2都小。

高溫檔高低溫檔的判斷依據(jù)是：看總電阻

三、經(jīng)驗(yàn)1、計算串聯(lián)電路高低溫檔問題時，往往采取“先算后減”的方法解題。就是先分別算出高溫檔、低溫檔工作時的總電阻，再兩者相減得出R2.

高溫時：R1=P高/U

低溫時：R總=P低/U(R總=R1+R2)

所以R2=R總-R1先算電阻，再算功率

2、計算并聯(lián)電路的高低溫檔電路時，由于并聯(lián)用電器之間互不影響，往往采取“先減后算”的方法。即用高溫檔的功率減去低溫檔的功率，就得到R2單獨(dú)工作時的功率，再根據(jù)P=U2/R

計算出R1、R2的大小。先算每一個電阻的功率，再算電阻

四、練習(xí)1、下面是飲水機(jī)的電路圖和參數(shù)，其中S是溫度開關(guān)。S閉合，是什么狀態(tài)？額定電壓220V求R1、R2的大小

？加熱功率550W

保溫功率22W

3求保溫狀態(tài)下R1、R2的功率分別是多少？

SR1R2220V

解：1、加熱狀態(tài)

解析：S閉合時，R1被短路，電路中只有R2，此時電阻最小，功率最大，所以是加熱狀態(tài)。

2、加熱時，S閉合，電路中只有R2，所以R2=U2/P加=（220V）2/550W=88Ω

保溫時，S斷開，R1、

R2

串聯(lián)，所以

R總=U2/P保

=（220V）2/22W=2200Ω

R1=R總

—R2=2200Ω—88Ω=2112Ω3、I=P保

/U=22W/220V=0.1AP1=I2R1=(0.1A)2×2112Ω=21.12WP2=I2R2=(0.1A)2×88Ω=0.88W2、電熱水器有加熱、保溫兩種功率，電路圖和參數(shù)如下：

開關(guān)S1、S2均閉合熱水器處于那種工作狀態(tài)？

求R1、R2的阻值？額定電壓220V

加熱功率605W

保溫功率55WR2S2R1S1220V解：1、加熱狀態(tài)

解析：此時兩個電阻并聯(lián)，總電阻最小，功率最大。

2、保溫時，只有R1在工作，所以R1=U2/P保

=（220V）2/55W=880Ω

加熱時，R1

、R2

并聯(lián).電阻R2

的功率為：P2=P加

—P保

=605W—55W=550W

R2=U2/P2=（220V）2/550W=88Ω3、小亮研究家中的電飯鍋，電路圖和參數(shù)如下：要是電飯鍋加熱，開關(guān)S是斷開還是閉合？正常加熱時，電路中的電流是多大？求R1、R2的阻值？額定電壓220V

加熱功率1100W

保溫功率44W4求保溫狀態(tài)下R1、R2的功率分別是多少？SR2R122OV解：1、S閉合2、I加

=P加

/U=1100W/220V=5A

3、加熱時，S閉合，電路中只有R2，所以R2=U2/P加=（220V）2/1100W=44Ω

保溫時，S斷開，R1、

R2