1、焦耳定律焦耳定律 第十八章第十八章 第节第节 学习目标 1、知道电流的热效应、知道电流的热效应 2、知道焦耳定律，会用焦耳定律进行、知道焦耳定律，会用焦耳定律进行 计算计算 3、了解电能与电热的区别、了解电能与电热的区别 4、能用焦耳定律解释简单的电学现象、能用焦耳定律解释简单的电学现象 用手摸一下电视机后盖用手摸一下电视机后盖 上周六，小刚同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，上周六，小刚同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。当爸爸回来时看到他在认真写作业，电不要看电视。当爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。视机也没打开，很高兴。可是可是，后来发现小刚说了谎。，后来发现
2、小刚说了谎。你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示？你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示？生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。请举例说明。生。请举例说明。它们的共同特征它们的共同特征 是什么？是什么？电能转化为内能电能转化为内能 1.1.电流通过导体时电流通过导体时电能电能转化成转化成内能内能，这个现象叫，这个现象叫做电流的热效应。做电流的热效应。知识链接知识链接 电流的三种效应：电流的三种效应：电流的热效应、电流的磁效应、电流的化学效应。电流的热效应、电流的磁效应、电流的化学效应。一、电流的热效应一、电流的热效应 2、电热器：将电能全部转
3、化为内能、电热器：将电能全部转化为内能的用电器的用电器 电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热得发红，而导线却几乎不发热?电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?想想议议想想议议 猜想与假设猜想与假设 1.可能与可能与电阻电阻有关。有关。电阻越大，电流热效应越大电阻越大，电流热效应越大 二、电流通过导体产生的热与哪些因素有关？二、电流通过导体产生的热与哪些因素有关？2.可能与可能与电流电流有关。有关。电流越大，电流热效应越大电流越大，电流热效应越大 3.可能与可能与通通电时间电时间有关
4、。有关。通电时间越长，通电时间越长，电流热效应越大电流热效应越大 设计实验设计实验 讨论讨论1.当一个物理量与多个因素有关，应用什么方当一个物理量与多个因素有关，应用什么方法去研究？法去研究？答答:控制变量法控制变量法 讨论讨论2.由于电流通过用电器所产生热量的大由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行观察比较，实验中怎样将它变小不易直接进行观察比较，实验中怎样将它变为便于直接观察比较的现象呢？为便于直接观察比较的现象呢？答：转换法答：转换法 电热电热 气体（液体）受热膨胀，观气体（液体）受热膨胀，观察产生热量的多少察产生热量的多少 实验中，通过观察实验中，通过观察U形管中液面高度的变化
5、形管中液面高度的变化 来判断产生热量的多少来判断产生热量的多少.目标：目标：在电流和通电时间相同在电流和通电时间相同、电阻、电阻不同时，产生电热的效果如何呢？不同时，产生电热的效果如何呢？思考：思考：实验设计中，怎样保证电流等大？实验设计中，怎样保证电流等大？用什么反映产生热量的多少？用什么反映产生热量的多少？【演示实验演示实验1 1】研究电热与电阻关系研究电热与电阻关系 电阻串联时电流相电阻串联时电流相同。同。U U型管连接的容器加型管连接的容器加热后，温度升高，气热后，温度升高，气体膨胀，压力变大，体膨胀，压力变大，液面升高。液面升高。R1=5 R2=10 A 请回答：请回答：看到了什么现
6、象？看到了什么现象？说明了什么结论？说明了什么结论？演示 21RR 电阻丝电阻丝 1R2R结论：结论：在电流、通电时间相同时在电流、通电时间相同时，阻，阻 值值 的电阻产生的热量多。的电阻产生的热量多。探究一：产热多少与电阻大小的关系探究一：产热多少与电阻大小的关系 实验验证实验验证 大大 现象现象：I I 相同时，相同时，R R 大的一边液大的一边液面升的高，即升温快。面升的高，即升温快。结论结论1：在电流相同、通电时间相同的在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。越多。思考：思考：此时，哪个电流小？此时，哪个电流小？为什么？为
7、什么？并联分流的电阻为并联分流的电阻为什么要放在盒子外什么要放在盒子外面面?让相同的电阻，流过让相同的电阻，流过不同的电流，看效果不同的电流，看效果会如何呢？会如何呢？【演示实验演示实验2 2】研究电热与电流关系研究电热与电流关系 I=2I1 I A R=5 R=5 R=5 I1 演示演示 电阻丝电阻丝 RRR结论：结论：在通电时间、电阻相同时在通电时间、电阻相同时，电流，电流越越 的产生的热量多。的产生的热量多。探究三：产热多少与电流大小的关系探究三：产热多少与电流大小的关系 返回返回 实验验证实验验证 大大 看到了什么现象？说明了什么结论？看到了什么现象？说明了什么结论？电流电流 I I
8、大的液面升高快，即产生的热量大的液面升高快，即产生的热量Q Q 多。多。【跟踪思考跟踪思考】结论：结论：在电阻相同、通电时间相同的情况在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。热量越多。演示 电阻丝电阻丝 RR结论：结论：t t1 1tt2.2.在电流、电阻相同时在电流、电阻相同时，通电时间，通电时间 的的产生的热量多。产生的热量多。探究二：产热多少与通电时间的关系探究二：产热多少与通电时间的关系 实验验证实验验证 长长 通过以上实验你能总结出什么规律？通过以上实验你能总结出什么规律？电阻上产生的电热与电阻大小和
9、电阻上产生的电热与电阻大小和流过的电流都有关，电阻越大，电流流过的电流都有关，电阻越大，电流越大，产生的热量越多越大，产生的热量越多。焦耳（焦耳（James Prescott Joule，18181889），英国物理学家。用），英国物理学家。用 近近 40 年的时间做了年的时间做了 400 多次实验，多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实研究热和功的关系。通过大量的实 验，于验，于 1840 年最先精确地确定了电年最先精确地确定了电 流产生的热量与电流、电阻和通电流产生的热量与电流、电阻和通电 时间的关系。时间的关系。焦焦 耳耳 1内容内容：电流通过导体产生的热量跟：电流通过导体产生的热量跟
10、电流的二次电流的二次方方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。电时间成正比。2公式公式：Q=I2Rt I 电流电流A R电阻电阻 t 时间时间s Q热量热量J 3单位：单位：焦耳（焦耳（J）三、焦耳定律三、焦耳定律(普遍适用普遍适用)答：因为导线和电炉丝是串联的，答：因为导线和电炉丝是串联的，线线=电炉丝电炉丝 R电炉丝电炉丝R导线导线，由焦耳定律，由焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同时可知，在相同时间内电流通过电炉丝产生的热量大，因此电炉热得间内电流通过电炉丝产生的热量大，因此电炉热得发红而导线却几乎不发热。发红而导线却几乎不发热。电炉丝电炉丝 导导 线
11、线 我们学习了焦我们学习了焦耳定律，怎样耳定律，怎样回答刚才的问回答刚才的问题？题？1当电流通过导体时，如果电能全部转化为当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量流产生的热量Q 就等于消耗的电能就等于消耗的电能W，即，即 Q=W=pt=UIt=I2Rt=如：电暖器，电饭锅，电炉子等。如：电暖器，电饭锅，电炉子等。2当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，还有少量的内能。械能，还有少量的内能。QW 四、电能和电热关系四、电能和电热关系 电能电能 机械能
12、机械能+内能内能 此时，只能用此时，只能用Q=Q=I I2 2RtRt（焦耳定律）（焦耳定律）来计算电热来计算电热 tRU2焦耳定律的理论推导焦耳定律的理论推导 电流通过导体时，如果电流通过导体时，如果消耗电能消耗电能全部全部转化为转化为内能内能，而没有同时转化为，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的其他形式的能量，那么，电流产生的热量热量Q Q就就等于等于消耗的电能消耗的电能W W。Q=WQ=W =Pt=UIt=IR=Pt=UIt=IRIt It=I=I2 2RtRt 适用于纯电阻电路适用于纯电阻电路 Q=I2Rt =(0.6 A)260 W W300 s =6 480 J 一根
13、一根 60 的电阻丝接在的电阻丝接在 36 V的电源两端，在的电源两端，在 5 min内共产生多内共产生多少热量少热量?答答:在在 5 min 内共产生内共产生 6 480 J 热量。热量。解解:例题例题:I=0.6 A U R 36 V 60 练一练、相信你行练一练、相信你行 1、某导体的电阻是、某导体的电阻是 2，通过的电流是，通过的电流是2A，1min产生多少产生多少J 的热量？的热量？2、一只额定功率是、一只额定功率是500W的电饭锅的电饭锅,在家庭电路在家庭电路中使用中使用,正常工作正常工作10分钟能产生多少焦耳的热分钟能产生多少焦耳的热量量?额定电压相同的灯泡，额定功率越大，额定电
14、压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事这是怎么回事?想想议议想想议议 答：前者答：前者前提条件是电压相同前提条件是电压相同，根据，根据 单位时间内单位时间内电阻越小，电阻越小，产生的热量越多；而后者产生的热量越多；而后者前提条件是电流相同，根据前提条件是电流相同，根据Q=I R t单位时间内单位时间内电阻越大，产生电阻越大，产生的热量越多，两者并不矛盾。所的热量越
15、多，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。以我们在应用公式时应该特别注意条件。2UQtR阅读教材阅读教材P P101101“电热的利用和防“电热的利用和防止”讨论回答下列问题：止”讨论回答下列问题：1 1、电热对我们是有利还是有害的、电热对我们是有利还是有害的 2 2、生活中我们是如何利用电热、生活中我们是如何利用电热、防止电热的危害的防止电热的危害的？既有利又有害既有利又有害 自主学习 1电热的利用电热的利用 利用电热孵化器孵小鸡利用电热孵化器孵小鸡 用来加热用来加热 电热器的优点电热器的优点:清洁卫清洁卫生，没有环境污染，热效率生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调
16、高，还可以方便地控制和调节温度。节温度。五、电热的利用和防止五、电热的利用和防止 电热器电热器的主要组成部分的主要组成部分是发热体，由电阻率大，是发热体，由电阻率大，熔点高的合金丝绕在绝熔点高的合金丝绕在绝缘材料上制成的缘材料上制成的。很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。运行时要用微型风扇及时散热等等。2电热的危害电热的危害 课堂小结课堂小结 1.知道电流的热效应知道电流的热效应 2.电流通过导体产生的热与哪些因素有关？电流通过导体产生的热与哪些因素有关？3焦耳定律焦耳定律 4电能与电热的关系电能与电热的关系 5电热的利用和防止电热的利用和防止 1.小宇同学按如图所示的装置，研究“电流通过导体时小宇同学按如图所示的装置，研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系”。图中两只烧瓶内产生的热量与导体电阻大小的关系”。图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温度，盛有质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温
