焦耳定律（提高）

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1、知道電流的熱效應(yīng)；

2、理解焦耳定律，知道電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關(guān)；

3、知道電熱的利用和防止。

【要點(diǎn)梳理】

要點(diǎn)一、電流的熱效應(yīng)

1．定義：電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。

2．影響電流的熱效應(yīng)大小的因素：導(dǎo)體通電時(shí)，產(chǎn)生熱的多少與電流的大小、導(dǎo)體電阻的大小和通

過時(shí)間有關(guān)。通電時(shí)間越長，電流越大，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。

要點(diǎn)詮釋：電流通過導(dǎo)體時(shí)，電流的熱效應(yīng)總是存在的。這是因?yàn)閷?dǎo)體都有電阻。導(dǎo)體通電時(shí)，由于

要克服導(dǎo)體對電流的阻礙作用，所以要消耗電能，這時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。如果導(dǎo)體的電阻為零，電流

通過導(dǎo)體時(shí)，不需要把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這時(shí)電能在導(dǎo)體中傳輸時(shí)也不會(huì)因發(fā)熱而損失。

3.探究影響電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的因素

（1）電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系

如圖18.4-2所示，兩個(gè)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(gè)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(shí)間后，比較兩

個(gè)U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么?

實(shí)驗(yàn)表明：在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)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(guān)系

如圖18.4-3所示，兩個(gè)密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個(gè)容器的外部，將一個(gè)電阻和這個(gè)容

器內(nèi)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(shí)間相同的情況下，觀察兩個(gè)U形管中液

面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么?

實(shí)驗(yàn)表明：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過一個(gè)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱

量越多。

要點(diǎn)二、焦耳定律

1．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。

這個(gè)規(guī)律叫焦耳定律。

2．公式：Q=I2Rt

要點(diǎn)詮釋：焦耳定律的另外兩個(gè)表達(dá)式：

1.從公式我們能看出,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量受電流的影響最大。

2.在應(yīng)用焦耳定律的表達(dá)式來解決問題時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行分析選用，例如，當(dāng)幾個(gè)導(dǎo)體串

聯(lián)起來時(shí)，由于通過導(dǎo)體的電流相等，通電時(shí)間也相等，應(yīng)用表達(dá)式分析，此時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的

熱量與電阻R成正比；當(dāng)幾個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)起來時(shí)，由于加在導(dǎo)體兩端的電壓相等，通電時(shí)間也相等，應(yīng)用

表達(dá)式分析，此時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻成反比。

3.幾個(gè)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(dǎo)出公式純電阻電路W=Q

4.只有在純電阻電路中可以用電功公式計(jì)算電熱。因?yàn)樵诩冸娮桦娐分校娏髯龅墓θ坑脕懋a(chǎn)生

熱量，此時(shí)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(dòng)機(jī)工作時(shí)，既產(chǎn)生熱量又產(chǎn)生機(jī)械能，電功等于熱量與機(jī)械能之和，即W>Q，故此時(shí)就不能用電功

的公式來計(jì)算電熱了。

要點(diǎn)三、電熱的利用和防止

1.電熱的利用：日常生產(chǎn)、生活中會(huì)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(shè)備,叫電熱器。

要點(diǎn)詮釋：

這些用電器的共同特點(diǎn)就是利用電流做功,將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,使我們獲得需要的熱量。

有些電器通電時(shí)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(jī)、電腦等)。

2.電熱的危害：很多情況下,電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量,并不是我們需要的,這時(shí)電能白白消耗掉

了,有時(shí)還會(huì)引起事故甚至災(zāi)害,所以要想辦法阻止電熱的產(chǎn)生。

要點(diǎn)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(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量,在正常觀看時(shí)是有害的，但當(dāng)電視機(jī)長時(shí)間不用時(shí),

我們可以利用電熱來驅(qū)潮,這時(shí)的電熱是有利的。

電熱器在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量如果過多,也會(huì)帶來危害,所以我們在正常使用電能產(chǎn)生的熱量時(shí),也要注

意安全。

【典型例題】

類型一、基礎(chǔ)知識(shí)

1、（秋?桃江縣校級期中）如圖所示的電動(dòng)機(jī)是一種使用廣泛的動(dòng)力機(jī)械，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，

它主要是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分能量在線圈中以熱量的形式散失掉。現(xiàn)有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電

動(dòng)機(jī)兩端加200V電壓時(shí)，通過電動(dòng)機(jī)線圈的電流為50A。問：

（1）每分鐘該電動(dòng)機(jī)消耗的電能是多少？

（2）若該電動(dòng)機(jī)線圈的電阻是0.4Ω，則線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量是多少？

（3）這臺(tái)電動(dòng)機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功是多少？

【思路點(diǎn)撥】（1）根據(jù)W=UIt即可求出每分鐘該電動(dòng)機(jī)消耗的電能；

（2）根據(jù)Q=I2Rt即可求出產(chǎn)生的熱量；

（3）電動(dòng)機(jī)消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能與機(jī)械能，結(jié)合功能關(guān)系即可求出每分鐘所做的機(jī)械功。

【答案與解析】

（1）根據(jù)W=UIt即可求出每分鐘該電動(dòng)機(jī)消耗的電能：W=UIt=200V×50A×60s=6×105J

（2）若該電動(dòng)機(jī)線圈的電阻是0.4Ω，則線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量：Q=I2Rt=(50A)2×0.4Ω×60s=6×104J

545

（3）這臺(tái)電動(dòng)機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功：W機(jī)械=W-Q=6×10J-6×10J=5.4×10J

【總結(jié)升華】在該題中，電動(dòng)機(jī)是非純電阻電路，電動(dòng)機(jī)消耗的電能等于產(chǎn)生的內(nèi)能以及對外做功的和。

舉一反三：

【變式】晨光從一臺(tái)廢舊收錄機(jī)內(nèi)拆下一只電動(dòng)機(jī)，他將一只電流表與其串聯(lián)后接在6V的穩(wěn)定電源上，

閉合開關(guān)后，電動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)，而此時(shí)電流表的示數(shù)為2A，檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軸承被卡住了，排除故障后,

電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電流表示數(shù)為0.5A。

求：(1)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻；

(2)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的耗電功率；

(3)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的發(fā)熱功率；

(4)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)的發(fā)熱功率。

【答案與解析】

(1)，

(2)P=UI2=6V×0.5A=3W，

22

（3）P=I2R=（0.5A）×3Ω=0.75W

22

(4)P熱=I1R=（2A）×3Ω=12W。

2、如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，三個(gè)相同的燒瓶A、B、C內(nèi)部都盛有質(zhì)量和初溫均相等的液體，其

中，A、B燒瓶中裝的是水，C瓶中裝的是煤油，A、B、C瓶中電阻絲的阻值分別為RA、RB、RC，且

RA=RC＞RB。當(dāng)合上開關(guān)S通電一段時(shí)間后（三個(gè)燒瓶中的液體均未達(dá)到沸騰），A、B、C瓶中溫度計(jì)

示數(shù)分別為TA、TB、TC。對三只溫度計(jì)示數(shù)的判斷，下列說法正確的是（均不計(jì)熱損失，比熱容C水＞

C煤油）（）

A．TA=TB＜TCB．TA=TC＞TBC．TC＞TA＞TBD．TA＞TB＞TC

【思路點(diǎn)撥】根據(jù)Q=I2Rt和Q=cm△t進(jìn)行分析，先比較AB溫度計(jì)示數(shù)的關(guān)系；然后比較AC中溫度計(jì)示

數(shù)的關(guān)系，最后得出三者之間的關(guān)系。

【答案】C

【解析】由Q=I2Rt可知，A、C中電阻絲產(chǎn)生的熱量相同，B中產(chǎn)生的熱量最少，由于AB中都為水，因

此產(chǎn)生熱量多的溫度計(jì)升高的示數(shù)就大，故TA＞TB；

由Q=cm△t可知，吸收的熱量和質(zhì)量都相同時(shí)，比熱容越小，溫度變化越快，因此煤油中溫度計(jì)的示數(shù)

大，故TC＞TA；綜合分析可得：TC＞TA＞TB。

【總結(jié)升華】本題考查了學(xué)生對焦耳定律、吸熱公式的掌握和運(yùn)用，判斷出電熱絲放熱的多少是本題的

關(guān)鍵。

舉一反三：

【變式】（?巴彥淖爾中考）如圖所示，在四個(gè)相同水槽中盛有質(zhì)量相等和溫度相同的純水，現(xiàn)將阻值

為R1、R2的電阻絲（R1＜R2）分別按圖中的四種方式連接放入水槽，并接入相同電源。通電相同時(shí)間后，

水溫最高的是（）

【答案】D

類型二、

3、（?廣元中考）如圖所示，燈L上標(biāo)有“6V3W”字樣（不考慮溫度對燈泡電阻的影響），電阻

R1=20Ω。求：

（1）燈泡的電阻；

（2）當(dāng)開關(guān)S1閉合，S2、S3都斷開時(shí)，燈L正常發(fā)光，電源電壓；

（3）開關(guān)S1、S2、S3都閉合，且滑片P在b端時(shí)，電流表的示數(shù)為2.4A，滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值；

（4）當(dāng)開關(guān)S1斷開，S2、S3都閉合，且滑片P在a、b間中點(diǎn)時(shí)，在1min內(nèi)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量。

22

【答案與解析】（1）由題意知：燈泡的額定電壓UL=6V，額定功率PL=3W，燈泡電阻RL=U/P=(6V)/3W

=12Ω。

（2）燈泡正常發(fā)光，電路電流I=UL/RL=6V/12Ω=0.5A，電阻R1與燈泡L串聯(lián)，電源電壓U=I（R1+RL）

=0.5A×（20Ω+12Ω）=16V。

（3）電路電流IA=2.4A，電阻R1與R2并聯(lián)，由歐姆定律得：流過電阻R1的電流I1=U/R1=16V/20Ω=0.8A，

流過電阻R2的電流I2=IA-I1=2.4A-0.8A=1.6A，電阻R2的電阻值R2=U/I2=16V/1.6A=10Ω。

（4）滑片P在a、b間中點(diǎn)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻值R'2=R2/2=10Ω/2=5Ω，在t=1min=60s內(nèi)，滑

U2（16V）2

動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量Qt60s=3072J。

5

R2

答：（1）燈泡的電阻是12Ω。（2）電源電壓是16V。（3）滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值是10Ω。

（4）在1min內(nèi)滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生的熱量是3072J。

【總結(jié)升華】分析清楚電路結(jié)構(gòu)，弄清各電路元件的串并聯(lián)關(guān)系，靈活地應(yīng)用串并聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆

定律及電功公式，是解題的關(guān)鍵。

4、有一個(gè)電壓值可任意選取的電源，有若干根電阻值相同的電阻絲。現(xiàn)把一根電阻絲接在電壓值

為U的電源上，通電1min，電阻絲產(chǎn)生的熱量為Q，要想使電阻絲產(chǎn)生的熱量為3Q，應(yīng)采取哪三種最

簡單的不同方法。

【答案與解析】根據(jù)Q=I2Rt及導(dǎo)出公式Q＝U2t/R可采取的方法有：

方法一：由Q=I2Rt可知，把一根電阻絲仍接到U兩端，通電時(shí)間延長為3min，則電阻絲產(chǎn)生的熱

量為3Q。

方法二：由Q＝U2t/R可知，把三根電阻絲并聯(lián)接在U兩端，通電仍為1min，則電阻絲產(chǎn)生的熱量

為3Q。

方法三：由Q＝U2t/R可知，把一根電阻絲接到電壓為3U的電源兩端，通電1min，則電阻絲產(chǎn)生

的熱量為3Q。

【總結(jié)升華】靈活運(yùn)用公式用不同方法解決問題，體現(xiàn)解電學(xué)問題的變通性。

舉一反三：

【變式】兩個(gè)阻值分別為R1與R2的電熱絲，R1=15Ω，R2=30Ω。把它們串聯(lián)后接在家庭電路上，經(jīng)過

9min產(chǎn)生熱量Q。若把它們并聯(lián)后仍接在家庭電路上，要產(chǎn)生同樣熱量Q，需要多少時(shí)間?(設(shè)電熱絲的

電阻不受溫度影響)

【答案】2min

【解析】串聯(lián)電阻為：R串=R1+R2=15Ω+30Ω=45Ω，

產(chǎn)生熱量：

并聯(lián)電阻為：

產(chǎn)生熱量：

聯(lián)立解得需要時(shí)間：。

5、李明同學(xué)從商店里買來一個(gè)電熱