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第十八章第十八章 电功和电功率电功和电功率第四节第四节 焦耳定律焦耳定律 复习回顾复习回顾1、电流做功的过程的本质是、电流做功的过程的本质是 过程。过程。2、说出你知道的计算电功的公式。、说出你知道的计算电功的公式。3、对下面的用电器进行分类、对下面的用电器进行分类A：日光灯：日光灯 B：暖手宝：暖手宝C：手电筒：手电筒 D：洗衣机洗衣机E：可充电玩具小汽车：可充电玩具小汽车 F：电扇：电扇 G：电饭煲：电饭煲H：电视机：电视机 I：取暖器：取暖器 J：电吹风：电吹风 K：饮水机：饮水机第一类：第一类：第二类：第二类：第三类：第三类：电能转化为其电能转化为其它形式能量的它形式能量的W=Pt=UIt=U2/R t=I2Rt家中常用的电热器家中常用的电热器看一看看一看 热热得得快快电暖气电暖气电熨斗电熨斗电热毯电热毯想一想想一想 定义：电流流过导体时，导体就要发热，这定义：电流流过导体时，导体就要发热，这种现象叫做种现象叫做电流的热效应电流的热效应。电流的热效应是。电流的热效应是电流的基本效应。电流的基本效应。1 1、电流流过导体时，导体产生的热量的多少、电流流过导体时，导体产生的热量的多少与哪些因素有关呢？与哪些因素有关呢？现象：电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？根据此现象，你能做出怎样的猜想？why why？合理猜合理猜合理猜合理猜测测测测1 1着火着火了！了！why why？合理猜合理猜合理猜合理猜测测测测2 2根据此现象，你又能做出怎样的猜想？跟跟电流电流有关有关跟跟电阻电阻有关有关跟跟时间时间有关有关返回返回合理猜测合理猜测合理猜测合理猜测返回返回实验名称：实验名称：实验方法：实验方法：实验猜想：实验猜想：研究电流通过导体产生的热量Q 跟电流大小I，电阻R和通电时间t的关系。实验设计：实验设计：1、如何在实验中展示出电流产生的热量Q的多少？2、如何控制电流大小I相同？3、如何控制电阻R的大小不变？4、通电时间t比较好控制。控制变量法探究电流产生的热量跟哪些因素有关？制制制制定方案定方案定方案定方案1、如何控制电流相同？、如何控制电流相同？让电阻串联2、如何控制电阻大小相同？、如何控制电阻大小相同？用2个相同的电阻 返返 回回探究如何控制探究如何控制 I、R、t 返返 回回电流通过导体产热,其中所产生的热量既看不见也摸不着，如何测量呢？产生的热量既看不见也摸不着的科学量既液面的高度变化看得见也能测量的科学量转化转化转化转化（转化法）寻找观察电热的方法寻找观察电热的方法演示电阻丝电阻丝结论：结论：实验验实验验实验验实验验证证证证1 1在电流、通电时间相同时在电流、通电时间相同时，阻值阻值 大大 的电阻产生的热量多。的电阻产生的热量多。探究一：电热多少与电阻大小的关系探究一：电热多少与电阻大小的关系演示电阻丝电阻丝结论：结论：实验验实验验实验验实验验证证证证2 2探究二：电热多少与通电时间的关系探究二：电热多少与通电时间的关系在电流、电阻相同时在电流、电阻相同时，通电时间长通电时间长 的电阻产生的热量多。的电阻产生的热量多。演示电阻丝电阻丝结论：结论：返回返回实验验实验验实验验实验验证证证证3 3探究三：电热多少与电流大小的关系探究三：电热多少与电流大小的关系在电阻、通电时间相同时在电阻、通电时间相同时，电流大电流大 的电阻产生的热量多。的电阻产生的热量多。1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比.2.公式：Q=I2Rt3.单位：I-安，R-欧，t-秒，Q-焦.注意：热量跟电流的平方成正比，若通过一个用电器的电流增加到3倍时，它产生的热量增大到倍9英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确地确定电热跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律.得出结论得出结论焦耳（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。焦耳逝世后，为了纪念时间的关系。焦耳逝世后，为了纪念焦耳，人们把功和能的单位定为焦耳。焦耳，人们把功和能的单位定为焦耳。焦焦 耳耳电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?演示实验演示实验实验装置实验装置实验实验1：研究电热与电阻关系：研究电热与电阻关系R1=5 R2=10 A在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。越大，这个电阻产生的热量越多。实验实验2：研究电热与电流关系：研究电热与电流关系I=2I1IAR=5 R=5 R=5 I1在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。多。根根据据电电功功公公式式和和欧欧姆姆定定律律推推导导焦焦耳耳定定律律.纯电阻电路：纯电阻电路：纯电阻电路：纯电阻电路：WW=QQ=PtPt=UItUIt=UU2 2/R t/R t=I I2 2RtRt非纯电阻电路：非纯电阻电路：非纯电阻电路：非纯电阻电路：WWQ Q (WWUIt UIt=WW其他其他其他其他QQ)焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效对只存在电流热效应的电路也可用应的电路也可用Q=W=UIt=Pt=U2 t/R 来来计算热量计算热量.Q=W=UIt=I2Rt又又W=UIt若电流做的功全部用来产生热量即若电流做的功全部用来产生热量即Q=W注意：注意：返回返回交流讨论交流讨论交流讨论交流讨论1 1、当、当、当、当0.20.2安的电流通过一金属线时产生的热量为安的电流通过一金属线时产生的热量为安的电流通过一金属线时产生的热量为安的电流通过一金属线时产生的热量为QQ1 1，若使通过的电流增加到若使通过的电流增加到若使通过的电流增加到若使通过的电流增加到0.40.4安时，在相同的时间内产生安时，在相同的时间内产生安时，在相同的时间内产生安时，在相同的时间内产生的热量为的热量为的热量为的热量为QQ2 2，那么，那么，那么，那么QQ2 2是是是是QQ1 1的的的的()A A、2 2倍倍倍倍 B B、4 4倍倍倍倍 C C、0.250.25倍倍倍倍 D D、0.50.5倍倍倍倍B2 2 2 2、两个电热器的电阻之比为、两个电热器的电阻之比为、两个电热器的电阻之比为、两个电热器的电阻之比为4 4 4 43 3 3 3，通过相同的电流，通过相同的电流，通过相同的电流，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为在相等的时间里产生的热量之比为在相等的时间里产生的热量之比为在相等的时间里产生的热量之比为_；若两个电热；若两个电热；若两个电热；若两个电热器的电阻相同，通过的电流强度为器的电阻相同，通过的电流强度为器的电阻相同，通过的电流强度为器的电阻相同，通过的电流强度为1 1 1 13 3 3 3，在相等的时间，在相等的时间，在相等的时间，在相等的时间里产生的热量之比为里产生的热量之比为里产生的热量之比为里产生的热量之比为_。43193 3、某电热器电阻丝的电阻是、某电热器电阻丝的电阻是、某电热器电阻丝的电阻是、某电热器电阻丝的电阻是2 2欧，当欧，当欧，当欧，当1 1安的电流通过时，安的电流通过时，安的电流通过时，安的电流通过时，1 1分钟产分钟产分钟产分钟产生的热量是多少焦？生的热量是多少焦？生的热量是多少焦？生的热量是多少焦？解：解：Q=I2Rt=(1A)2 2 60S=120Jv制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）v制白炽灯电流热效应的利用和预防电流热效应的利用和预防常见的电热的应用电炉电炉电热毯电热毯热热得得快快电热水壶电热水壶电暖气电暖气电熨斗电熨斗电热的预防计算机显示器的散热孔计算机CPU的散热风扇提出问题提出问题提出问题提出问题电流通过电热器所产生的热量多少与电流通过电热器所产生的热量多少与哪些因素有关？哪些因素有关？科学探究的过程科学探究的过程科学探究的过程科学探究的过程合理合理合理合理猜想猜想猜想猜想实验验证实验验证实验验证实验验证制制制制定方案定方案定方案定方案得出结论得出结论得出结论得出结论交流讨论交流讨论交流讨论交流讨论电流通过电热器所产电流通过电热器所产生热量的多少可生热量的多少可能与能与I I、R R、T T有关。有关。控制变量法、转换法。控制变量法、转换法。猜想正确，猜想正确，Q Q与与I I、R R、T T有关有关Q=I2Rt纯电阻电路中纯电阻电路中W=Q；非纯电阻电路；非纯电阻电路WQ123焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比.公式：Q=I2Rt纯电阻电路：纯电阻电路：纯电阻电路：纯电阻电路：WW=QQ=PtPt=UItUIt=UU2 2/R t/R t=I I2 2RtRt非纯电阻电路：非纯电阻电路：非纯电阻电路：非纯电阻电路：WWQ Q (WWUIt UIt=WW其他其他其他其他QQ)电热的电热的电热的电热的好处好处好处好处是可以制作各种电热器；是可以制作各种电热器；是可以制作各种电热器；是可以制作各种电热器；坏处坏处坏处坏处是是是是浪费不必要的电能甚至可能引发火灾。浪费不必要的电能甚至可能引发火灾。浪费不必要的电能甚至可能引发火灾。浪费不必要的电能甚至可能引发火灾。1、利用如图所示的装置探究利用如图所示的装置探究“导体产生导体产生的的热量与电阻大小的关系热量与电阻大小的关系”两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶瓶A中的金属丝电阻比较小，中的金属丝电阻比较小，烧瓶烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大两瓶煤油中温度计可以显示比较大两瓶煤油中温度计可以显示煤油的温度煤油的温度（1）根据控制变量法的研究思想，应）根据控制变量法的研究思想，应该使这两个烧瓶中煤油的质量该使这两个烧瓶中煤油的质量 （2）实验中，发现烧瓶）实验中，发现烧瓶B中温度计的示数升高的快这表明：中温度计的示数升高的快这表明：在在 和通电时间相同的情况下，导体的电阻越和通电时间相同的情况下，导体的电阻越 ，电流产电流产生的热量越生的热量越 。BA相等相等电流电流大大多多焦耳定律焦耳定律RR2、研、研究电热究电热与电流的与电流的关系，那么就要控制关系，那么就要控制 和通电时间不变。所以就设计以上的电路，用了相同的和通电时间不变。所以就设计以上的电路，用了相同的电热丝来保证电阻相同。那么怎样使并联的两个电阻电流不同呢？电热丝来保证电阻相同。那么怎样使并联的两个电阻电流不同呢？。最后发现：电流大的那个支路，煤油的示数上升的快。所以表明最后发现：电流大的那个支路，煤油的示数上升的快。所以表明在电阻和通电时间相同的情况下，导体的电流越在电阻和通电时间相同的情况下，导体的电流越 ，电流产生的，电流产生的热量越热量越 。RR电阻电阻移动滑动变阻器的滑片移动滑动变阻器的滑片大大多多1）为为什么选用煤油，而没有用水？（什么选用煤油，而没有用水？（）3、实、实验中，几个重要的问题，你能回答出来吗？验中，几个重要的问题，你能回答出来吗？3）通）通过什么样的连接方式可以使阻值不同的电阻过什么样的连接方式可以使阻值不同的电阻丝保持相同的电流？丝保持相同的电流？2）本）本实验电流产生热量的多少是通过什么方式来实验电流产生热量的多少是通过什么方式来表明的？表明的？A因为煤油有颜色便于观察因为煤油有颜色便于观察 B因为煤油有比较大的热值因为煤油有比较大的热值C因为煤因为煤油是绝缘体、可以增强实验的安全性油是绝缘体、可以增强实验的安全性 D因为煤油有比较小的比热容因为煤油有比较小的比热容C、D4.电热器:利用电流做功将能转换为能的装置.5 5.电热器的原理电热器的原理:利用电流的制成的加热设备。电热器主要组成部分是。它是由电阻率。熔点的合金丝制成的加热设备。电内热效应发热体大高焦耳定律焦耳定律【练习练习6】：下面各种用电器的额定功下面各种用电器的额定功率均为率均为100W，当它们都正常工作时，当它们都正常工作时，单位时间内电流产生热量和做的电功单位时间内电流产生热量和做的电功说法正确的是（说法正确的是（）1、电扇、电扇 2、灯泡、灯泡、3、电饭煲、电饭煲 4、电脑、电脑：因为功率相同，所以产生热量和所做的电功：因为功率相同，所以产生热量和所做的电功都相等。都相等。：电饭煲产生的热量最多，做的电功都相等。：电饭煲产生的热量最多，做的电功都相等。：电饭煲产生的热量最多，做的电功也最多。：电饭煲产生的热量最多，做的电功也最多。：电饭煲和灯泡产生的热量和所做电功一样多。：电饭煲和灯泡产生的热量和所做电功一样多。B焦耳定律焦耳定律【练习练习7】：为了研究温度对种子发芽的为了研究温度对种子发芽的影响影响,课外活动小组要做一只电烘箱课外活动小组要做一只电烘箱,要要求在求在10min10min内产生内产生6 610104 4J J的热量的热量,接用的接用的是家庭电路是家庭电路,请计算一下这只电烘箱电热请计算一下这只电烘箱电热丝的电阻是多少丝的电阻是多少?解：解：因为是纯电阻电路，所以因为是纯电阻电路，所以 Q=W=I2Rt=U2/Rt即：即：R=U2/Qt =(220V)2/(6104J)10 60S =484 焦耳定律焦耳定律【练习练习8】：某小电动机正常工作时的电某小电动机正常工作时的电压为压为12V12V，正常工作时的电流为，正常工作时的电流为2A2A，经检，经检测，该电动机的绕线电阻为测，该电动机的绕线电阻为2 2。求。求（1 1）该电动机正常工作）该电动机正常工作5S5S产生的热量产生的热量Q Q（2 2）该电动机的效率。）该电动机的效率。解解解解（1 1）QQ=I=I2 2Rt=Rt=（2A2A）2 22 5S=40J （2 2）电动机电动机电动机电动机5S5S内做的电功内做的电功内做的电功内做的电功 W=W=UItUIt=12V=12V2A2A5S=120J其中机械功：其中机械功：其中机械功：其中机械功：W W W W机机机机=W-Q=120J-40J=80J=W-Q=120J-40J=80J=W-Q=120J-40J=80J=W-Q=120J-40J=80J 机械效率：机械效率：机械效率：机械效率：=W=W=W=W机机机机/W=80J/120J=66.7%/W=80J/120J=66.7%/W=80J/120J=66.7%/W=80J/120J=66.7%焦耳定律焦耳定律【练习练习练习练习8 8】：某电动机标有某电动机标有“6V1A6V1A”字样，能在字样，能在10S10S内将质量为内将质量为1Kg1Kg的砝码提升的砝码提升4.84.8米，求米，求（1 1）该电动机该电动机的效率（的效率（2 2）电动机的电阻）电动机的电阻R R（2 2）因为电动机是非纯电阻电路，所以因为电动机是非纯电阻电路，所以因为电动机是非纯电阻电路，所以因为电动机是非纯电阻电路，所以 Q=W Q=W20%=(6V1A10s)20%=12J12J R=Q/I R=Q/I2 2t t =I =I2 2J/(1A)2 J/(1A)2 10S=1.2焦耳定律焦耳定律解：解：解：解：（1 1）=W=W=W=W机机机机/W/W/W/W电电电电=Gh/UItGh/UItGh/UItGh/UIt =(1Kg =(1Kg =(1Kg =(1Kg10N/kg4.8m)/(6V1A10s)=80%小知识-勿将空调靠近窗帘 如图是一个电热毯的简化电路图，电源电压为如图是一个电热毯的简化电路图，电源电压为220V，R1是发热电阻，是发热电阻，R2是阻值为是阻值为616的分压电阻，的分压电阻，S是控是控制电热毯工作状态的开关。制电热毯工作状态的开关。S转到触点转到触点1为断开状态；为断开状态；S转到触点转到触点2为低温状态；为低温状态；S转到触点转到触点3为高温状态，为高温状态，此时功率为此时功率为100W。求：。求：（l）当开关）当开关S转到触点转到触点3时。电热毯的发热电阻时。电热毯的发热电阻R1是是多少多少？（2）当开关）当开关S转到触点转到触点2时，时，通过电路的电流是多少安？通过电路的电流是多少安？发热电阻发热电阻R1消耗的功率是消耗的功率是多少瓦特？多少瓦特？焦耳定律焦耳定律