Page1第4節焦耳定律【學習目標】相識電流的熱效應。通過探究,知道電流的熱效應與哪些因素有關。知道焦耳定律,會用焦耳定律進行簡潔的計算。知道電熱的利用和防止。【學習重點】試驗探究電熱與電流、電阻和通電時間的關系。【學習難點】試驗探究電熱與電流、電阻和通電時間的關系及計算。【自主預習】1．焦耳定律的內容是電流通過導體產生的熱量，與電流的平方成正比，與導體的電阻成正比，與通電時間成正比。2．焦耳定律公式為Q=I2Rt，（式中單位Q→焦、I→安(A)、R→歐(Ω)、t→秒）3．當電流通過導體做的功(W)全部用來產生熱量(Q)，則有W=Q，可用電功公式來計算Q。（如電熱器，電阻就是這樣的）【合作探究】★學生活動一：電流的熱效應1.讓學生分析這些用電器在工作的過程中的共同特點是什么？電烤箱電爐子電熨斗電飯鍋然后小組之間溝通、探討這些用電器工作時能量的轉化狀況。（1）總結：電流通過這些用電器后，都伴有熱現象產生。（2）電流通過導體時電能轉化成內能，這種現象叫做電流的熱效應。★學生活動二：焦耳定律的探究試驗1．試驗探究電影響電流產生熱量的因素提出問題：依據導課時的問題，請同學們猜想一下，電流通過不同的導體時產生的熱量為什么不同？電流產生的熱量與哪些因素有關？小組之間溝通、探討，闡明自己的觀點。猜想：可能與電流、電阻和通電時間有關設計試驗：依據猜想，小組之間設計試驗，溝通探討出探究的方法、試驗中電流產生的熱量如何表現出來？探究分為幾步完成？依據每個小組的發言和溝通，師進行補充和總結，出示課件，展示內容：探究方法：限制變量法探討問題的方法：轉換法。即試驗中通過U形管兩邊的液面的高度的改變轉化為產生熱量的多少。探究步驟：（1）取兩個阻值不同的電阻串聯起來，通電相同的時間，視察U形管兩邊的液面的高度的改變；（2）取兩個阻值相同的電阻，讓其通過的電流不同，加熱相同的時間，視察U形管兩邊的液面的高度的改變。歸納總結：（1）在電流和通電時間相同的狀況下，電阻越大，產生的熱量越多。（2）在通電時間肯定、電阻相同的狀況下，通過電流越大，導體產生的熱量越多。★學生活動三：焦耳定律從剛才的幾個試驗我們知道了電流通過導體時產生熱的多少跟導體的電阻、電流和通電時間都有關系。其實早在1840年英國物理學家焦耳就精確地確定了它們的關系，得到了焦耳定律，讓學生自學P100的內容，完成下列問題：（1）焦耳定律的內容？（2）焦耳定律的表達式？各個物理量的單位？歸納總結：（1）內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。（2）公式：公式中的電流I的單位要用安培（A），電阻R的單位要用歐姆（Ω），通電時間t的單位要用秒（s）。這樣熱量的單位就是焦耳（J）。活動3：針對焦耳定律，老師進一步的延長拓寬。出示課件展示。延長拓寬：電流通過導體時，假如電能全部轉化為熱，而沒有同時轉化為其他形式的能量，那么電流產生的熱量Q等于消耗的電能，即Q=W=UIt。此時結合歐姆定律還可推導出另一個公式。故此時W和Q的關系為：。【歸納整理】【課堂練習】1.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．通過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，導線上產生的熱量很少【答案】D【解析】A串聯電路電流到處相等,B絕緣皮不會出現明顯隔熱；C導線的散熱與電阻的散熱并不是主要的影響因素；D由于導線電阻的比較小，電阻絲的電阻大，依據焦耳定律，可知導線上的熱量少。2.如圖所示，最先確定電流產生的熱量與哪些因素有關的物理學家是（）【答案】D【解析】焦耳探討了電流通過導體產生的熱量與電流平方成正比、與電阻成正比、與通電時間成正比，這個結論叫做焦耳定律。最先確定電流產生的熱量與哪些因素有關的物理學家就是焦耳。3．下列用電器屬于利用電流熱效應工作的是（）A．電飯鍋 B．電風扇 C．計算機 D．電視機【答案】A．【解析】當電流通過電阻時，電流作功而消耗電能，產生了熱量，這種現象叫做電流的熱效應．A．電飯鍋將電能轉化為內能，利用了電流的熱效應，符合題意；B．電風扇主要是把電能轉化為機械能，是利用了電流的磁效應，不合題意；C．計算機主要將電能轉化為光能和聲能，不是利用電流的熱效應，不合題意；D．電視機主要將電能轉化為光能和聲能，不是利用電流的熱效應，不合題意．4．一臺電動機正常工作時線圈兩端的電壓為380V，線圈的電阻為2Ω，線圈中通過的電流為10A．這臺電動機工作1s消耗的電能為W，產生的熱量為Q，則（）A．W=3800J，Q=200J B．W=3800J，Q=3800JC．W=7200J，Q=200J D．W=7200J，Q=3800J【答案】A．【解析】本題考查的學問點是焦耳定律；電功的計算．已知電壓、電流與通電時間，由W=UIt可以求出電動機消耗的電能，由焦耳定律可以求出其產生的熱量．電動機消耗的電能：W=UIt=380V×10A×1s=3800J；產生的熱量Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J；5.（2024湖北黃石）圖甲是小燈泡的電壓——電流圖像。將此燈泡L與滑動變阻器R串聯在電壓為4.5V的電路中（如圖乙），閉合開關，移動滑片P，當小燈泡的功率為0.75W時，（）A．電流表的示數為0.2AB．滑動變阻器R接入電路中的電阻為15ΩC．電路消耗的總功率為1.35W。 D．10s內滑動變阻器R產生的熱量為13.5J【答案】C【解析】當小燈泡的功率為0.75W時，依據圖甲，可知，燈泡L兩端的電壓為2.5V，通過燈泡的電流為0.3A，電路中的等效電阻15Ω.電路消耗的總功率P=IU總=4.5V╳0.3A=1.35W。變阻器R在10s產生的熱量Q=W=UIt=2V╳0.3A╳10s=6J。A．電流表的示數為0.2A，錯誤。B．滑動變阻器R接入電路中的電阻為15Ω，錯誤。C．電路消耗的總功率為1.35W，正確。D．10s內滑動變阻器R產生的熱量為13.5J，錯誤。6．如圖，兩個透亮容器中密封著等量的空氣，U型管中液面高度的改變反映密閉空氣溫度的改變。兩容器中的電阻絲串聯起來接到電源兩端，小海用此電路來探究電流通過導體時產生的熱量跟什么因素有關。由圖可知，在電流大小和通電時間相等的狀況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越；若通過電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10Ω的電阻產生的熱量是J。【答案】多；25。【解析】（1）由圖可知，兩個透亮容器中密封著等量的空氣，右側U型管中液面高度的改變較大，在通電時間相同，電流肯定的狀況下，電阻越大，電流產生的熱量越多；（2）通過電阻的電流為0.5A，通電10s，阻值為10Ω的電阻產生的熱量：Q＝I2Rt＝（0.5A）2×10Ω×10s＝25J。7．用圖示裝置探究“影響電熱的因素”，A、B、C為三根相同的電阻絲。以A、B為探討對象，該試驗探究的是在不變時電熱與的關系；若將C也置于右側容器中，這時B、C并聯后可等效為一根電阻絲，那么，該裝置還可探究在不變時電熱與的關系。（填“電流”或“電阻”）【答案】電阻；電流；電流；電阻。【解析】（1）由圖知，電阻絲B、C并聯后與A串聯，依據并聯電路的電流特點可知，通過A的電流與通過B、C的電流之和相同，所以通過A的電流大于通過B的電流，已知容器內A、B的電阻相同，在通電時間相同時，該試驗探究的是電流產生熱量與電流大小的關系；（2）若將C也置于右側容器中，這時B、C并聯后可等效為一根電阻絲（等效電阻為5Ω），其等效電阻是A電阻絲的一半，此時通過A的電流與通過右側“一根”電阻絲的電流相同，所以探究的是：電流相同時，相同時間內電流產生熱量與電阻大小的關系。8．從產品說明書得知，一臺“6V3W”的迷你型小風扇，電動機線圈阻值為0.1Ω．則小風扇正常工作1min消耗的電能為J；電動機線圈1min產生的熱量為J。【答案】180；1.5。【解析】（1）一臺“6V3W”的迷你型小風扇，電動機線圈阻值為0.1Ω．首先，要明確小風扇的所消耗的電能W一部分轉化為機械能，另一部分轉化為內能Q．所以，產生的熱量Q＜消耗的電能W．千萬不要誤以為產生的熱量就是消耗的電能，即對于風扇、空調、電動機之類的用電器，其電熱Q≠W。（2）解題過程中須要留意全部哦物理量的單位都要用到國際單位，所以先要把1min化成60s來進行計算。（3）通過“6V3W”可以依據公式：I=P（4）計算消耗電能的公W＝Pt；計算電熱的公式Q＝I2Rt。消耗的電能為W＝Pt＝3W×60s＝180J；電路中線圈的電流為I=P電路中通過線圈的電流為產生的熱量為Q＝I2Rt＝（0.5A）2×0.1Ω×60s＝1.5J。9.如圖電路中，U＝12V，R1＝6Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω．當S2斷開，S1閉合時，電阻R1消耗的電功率為________W；當S1、S2都閉合時，6s內電流通過R2產生的熱量是________J。【答案】8.64；32【解析】（1）當S2斷開，S1閉合時，電阻R1和R3串聯，電路的電流：I＝＝＝1.2A，電阻R1消耗的電功率：P＝I2R1＝（1.2A）2×6Ω＝8.64W；（2）當S1、S2都閉合時，電阻R1和R2先并聯，再和R3串聯，R1和R2并聯的總電阻：R＝＝＝2Ω，干路中的電流：I′＝＝＝2A，則電阻R2兩端的電壓：U2＝I′R＝2A×2Ω＝4V，6s內電流通過R2產生的熱量：Q＝W＝t＝×6s＝32J。10.如圖所示的電路中，定值電阻R1=150Ω、R2=300Ω．閉合開關S后，電流表A2的示數為5mA．求：（1）電阻R1兩端的電壓為多少（2）電流表A1的示數為多少（3）電路工作5min，R1產生的焦耳熱是多少．【答案】（1）電阻R1兩端的電壓為1.5V；（2）電流表A1的示數為15mA；（3）電路工作5min，R1產生的焦耳熱是4.5J．【解析】由電路圖可知，R1與R2并聯，電流表A1測干路電流，電流表A2測R2支路的電流．（1）因并聯電路中各支路兩端的電壓相等