1、 15.4 15.4 探究焦耳定律探究焦耳定律生活中的物理生活中的物理 上周六，我们班刘扬同学的爸爸出门上周六，我们班刘扬同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。可到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。可是是，爸爸用手一摸电视机后盖，爸爸用手一摸电视机后盖 后就发现，刘扬刚看后就发现，刘扬刚看过电视。过电视。谁能知道刘扬爸爸是根据什么道理判断的？谁能知道刘扬爸爸是根据什么道理判断的？因为因为电视机还在发热！电视机还在发热！生活中，许多用电器接通电源生活中，许多用电器接通电源后，都伴有后，
2、都伴有热现象热现象产生。产生。电热油汀电热油汀电电 炉炉电暖器电暖器电水壶电水壶电熨斗电熨斗电饭锅电饭锅热得快热得快认一认下列用电器：认一认下列用电器：这些用电器在工作时有什么共同之处？这些用电器在工作时有什么共同之处？通电后都会发热通电后都会发热电流通过导体，导体会发热的现象，叫电流通过导体，导体会发热的现象，叫电流的热效应电流的热效应今天我们研究通电导体放出的热量有什么规律。今天我们研究通电导体放出的热量有什么规律。一、通电导体放出的热量跟哪些因素有关一、通电导体放出的热量跟哪些因素有关活动：活动：探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关1 1、提出问题：、
3、提出问题：电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？烫手烫手不烫手不烫手 小灯泡灯丝和导线通过的小灯泡灯丝和导线通过的电流相同电流相同。为什么灯丝。为什么灯丝热的热的发光发光，而导线却几乎，而导线却几乎不发热不发热？2 2、猜想与假设：、猜想与假设：着火着火了！了！多用插座为什么不允许大功率用电器多用插座为什么不允许大功率用电器同时同时使用？使用？烫手烫手不烫手不烫手跟跟电流电流有关有关跟跟电阻电阻有关有关还应该还应该还应该还应该跟跟跟跟时间时间时间时间有关有关有关有关（1 1）.如何知道电流产生热量的多少：如何知道电流产生热量的多少：（2 2）运用好控制
4、变量的思想）运用好控制变量的思想:选两个相同的容器选两个相同的容器;装质量相等、初温相同的煤油装质量相等、初温相同的煤油;要比较要比较Q Q与与I I的关系，应保持的关系，应保持电阻不变电阻不变，可以，可以只观察只观察不同的电流不同的电流通过通过同一个电阻同一个电阻时，产生的热量时，产生的热量所引起的温度计所引起的温度计示数高低示数高低。3 3、制定计划与设计实验：、制定计划与设计实验：转换法转换法 在某一段时间内，可以通过在某一段时间内，可以通过观察温度计示数的高低观察温度计示数的高低，来反映电流通过导体产生的热量。来反映电流通过导体产生的热量。要比较要比较Q Q与与R R的关系，需要控制两
5、个导体中的的关系，需要控制两个导体中的电流相等电流相等，因此，两个导体应该串联；，因此，两个导体应该串联；（1）要研究电阻对电流产生的热量的影响，应该控）要研究电阻对电流产生的热量的影响，应该控制制和和 不变，则可以让两个阻值不不变，则可以让两个阻值不同的电阻同的电阻（串联并联）后接入电路。（串联并联）后接入电路。电流电流通电时间通电时间串联串联 （2）要研究电流大小对电流产生的热量的影响）要研究电流大小对电流产生的热量的影响,应控应控制制 和和 不变，改变不变，改变 。电阻电阻通电时间通电时间电流的大小电流的大小 （3）要研究通电时间对电流产生的热量的影响）要研究通电时间对电流产生的热量的影
6、响,应应控制控制和和 不变不变,改变改变 。电流电流电阻电阻通电时间通电时间（3 3）实验设计：）实验设计：AR1R24 4、进行实验与收集证据：、进行实验与收集证据：实验实验1 1：探究导体产生的热量跟：探究导体产生的热量跟电阻电阻的关系的关系温度温度t t/电阻电阻R/R/t t0 0R R1 1=5=5R R2 2=10=10t t1 1t t2 2t t3 3t t4 4实验实验2 2：探究导体产生的热量跟：探究导体产生的热量跟电流电流的关系的关系实验实验3 3：探究导体产生的热量跟：探究导体产生的热量跟通电时间通电时间的关系的关系AR5 5、分析论证、得出结论：、分析论证、得出结论：
7、进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比.（1 1）在通电电流和通电时间相同的条件下，电）在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多阻越大，电流产生的热量越多.（3 3）在通电电流和电阻相同的条件下，通电时）在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多间越长，电流产生的热量越多.（2 2）在电阻和通电时间相同的条件下，电流越）在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多大，电流产生的热量越多.二、焦耳定律：二、焦耳定律：1.1.内容：电流通过导体时产生的热量，跟电内容：电流通过导体时产生的热量，
8、跟电流的流的平方平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比正比.英国物理学家英国物理学家焦耳焦耳做了大量的实验，于做了大量的实验，于18401840年最年最先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即间的关系，即焦耳定律。焦耳定律。2.2.公式：公式：Q=IQ=I2 2RtRt3.3.单位：单位：I-I-安，安，R-R-欧，欧，t-t-秒，秒，Q-Q-焦焦.注意：注意：热量跟电流的平方成正比，若通过一个用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电器的电流增加到3 3倍，其它
9、条件相同时，它产生的倍，其它条件相同时，它产生的热量增大到热量增大到 9 9倍。倍。焦焦耳耳在在18181818年年1212月月2424日日生生于于英英国国曼曼彻彻斯斯特特。父父亲亲是是一一个个酿酿酒酒厂厂主主.焦焦耳耳自自幼幼随随父父亲亲参参加加酿酿酒酒劳劳动动，没没有有受受过过正正规规的的教教育育。青青年年时时期期，在在别别人人的的介介绍绍下下，焦焦耳耳认认识识了了著著名名的的化化学学家家道道尔尔顿顿.道道尔尔顿顿给给予予了了焦焦耳耳热热情情的的教教导导.焦焦耳耳向向他他虚虚心心的的学学习习了了数数学学、哲哲学学和和化化学学，这这些些知知识识为为焦焦耳耳后后来来的的研研究究奠奠定定了了理理
10、论论基基础础.1840.1840年年，焦焦耳耳把把环环形形线线圈圈放放在在装装水水的的试试管管内内，测测量量不不同同电电流流强强度度和和电电阻阻时时的的水水温温.通通过过这这一一实实验验，他他发发现现：导导体体在在一一定定时时间间内内放放出出的的热热量量与与导导体体的的电电阻阻及及电电流流强强度度的的平平方方之之积积成成正正比比.四四年年之之后后，俄俄国国物物理理学学家家楞楞次次公公布布了了他他的的大大量量实实验验结结果果，从从而而进进一一步步验验证证了了焦焦耳耳关关于于电电流流热热效效应应之之结结论论的的正正确确性性.因因此此，该该定定律律称称为为焦焦耳耳楞楞次次定定律律.焦焦耳耳活活到到了
11、了七七十十一一岁岁.1889.1889年年1010月月1111日日，焦焦耳耳在在索索福福特特逝逝世世.后后人人为为了了纪纪念念焦焦耳耳，把把功功和和能能的的单单位定为位定为焦耳焦耳.焦耳焦耳 (18181889）Q Q =W W=UItUIt=I I2 2RtRtW W=UItUIt若电流做的功全部用来产生热量若电流做的功全部用来产生热量 焦耳定律焦耳定律是在大量实验数据的基础上归纳得出的。是在大量实验数据的基础上归纳得出的。但是根据电功公式和欧姆定律也可以但是根据电功公式和欧姆定律也可以理论推导理论推导出焦耳出焦耳定律。定律。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
12、算，对只，对只存在电流热效应的电路也可用存在电流热效应的电路也可用Q=W=UIt=Pt=Q=W=UIt=Pt=U U2 2/R t/R t来计算热量来计算热量.则则Q=WQ=W因此，因此，Q=IQ=I2 2RtRt与与W=W=UIt UIt 是有区别的：是有区别的：只把电能转化为内能只把电能转化为内能只把电能转化为内能只把电能转化为内能在在纯电阻电路纯电阻电路中，这两个公式是通用的。中，这两个公式是通用的。在在非纯电阻电路非纯电阻电路中，中，W=IUt W=IUt 公式求得的是总公式求得的是总消耗的电能消耗的电能；Q=IQ=I2 2Rt Rt 公式求得的是在总电能中转公式求得的是在总电能中转化
13、为内能的那部分能量。化为内能的那部分能量。电能不仅仅转化为内能电能不仅仅转化为内能电能不仅仅转化为内能电能不仅仅转化为内能纯电阻电路：纯电阻电路：纯电阻电路：纯电阻电路：W W W W=Q Q Q Q=PtPtPtPt=UItUItUItUIt=U U U U2 2 2 2/R t/R t/R t/R t=I I I I2 2 2 2RtRtRtRt非纯电阻电路：非纯电阻电路：非纯电阻电路：非纯电阻电路：W W W WQ Q Q Q (W W W WUIt UIt UIt UIt=W W W W其他其他其他其他Q Q Q Q)解：解：方法一：方法一：例例1 1：某电热器接在：某电热器接在220
14、V220V的电源上，其电阻是的电源上，其电阻是100100，则通电，则通电8min8min能产生多少热量？能产生多少热量？求：求：Q=Q=？已知：已知：U=220VU=220V，R=100R=100 ，t=8min=480st=8min=480s。通过电阻的电流通过电阻的电流I I为：为：I=I=U U U U/R/R/R/R=220V=220V=220V=220V/100 100=2.2A=2.2A根据焦耳定律，电热器产生的热量根据焦耳定律，电热器产生的热量Q Q为：为：方法二：方法二：Q=IQ=I2 2Rt=(2.2A)Rt=(2.2A)2 2 100 100 480S/2.310S/2.
15、3105 5J JQ=UQ=U2 2/R t=/R t=（220V220V）2 2/100 480S=232320/100 480S=232320J J 例例2 2：一电动机线圈的电阻为：一电动机线圈的电阻为11，线圈两端所加，线圈两端所加电压为电压为2V2V时，电流为时，电流为1A1A，电动机正常工作。，电动机正常工作。（1 1）电动机正常工作时的能量转化？）电动机正常工作时的能量转化？（2 2）电动机正常工作）电动机正常工作1min1min所消耗的电能为多少所消耗的电能为多少J J？（3 3）电动机正常工作）电动机正常工作1min1min所产生的电热为多少所产生的电热为多少J J？（4 4
16、）电动机正常工作）电动机正常工作1min1min所提供的机械能为多少？所提供的机械能为多少？（5 5）如果想让电动机的电能全部转化为内能，可以）如果想让电动机的电能全部转化为内能，可以怎样实施？怎样实施？非纯电阻电路的电热（非纯电阻电路的电热（Q Q）计算：）计算：QWQW（电能只有（电能只有少部分转化为内能）少部分转化为内能）Q=UIt（定义式定义式）导出式：导出式：欧姆定律欧姆定律代换法代换法U2RtW=Q=Pt因此，因此，对于非纯电阻电路：对于非纯电阻电路：计算计算消耗的消耗的电能只有一个公式：电能只有一个公式：W=UIt计算电热只有一个公式：计算电热只有一个公式：Q=I2Rt计算机械能
17、只有一个公式：计算机械能只有一个公式：W W机械机械=W=W-Q Q分析指导分析指导自主或合作探究自主或合作探究 （1 1）电炉通电后，为什么炉丝热得发红，而连接）电炉通电后，为什么炉丝热得发红，而连接电炉的导线发热却觉察不出来？电炉的导线发热却觉察不出来？（2 2）当电源短路时，导线为什么会明显发热？）当电源短路时，导线为什么会明显发热？（3 3）由于电线存在电阻，所以电能在输送的过程）由于电线存在电阻，所以电能在输送的过程中会产生电热，造成电能的损失。为了减少电热造成中会产生电热，造成电能的损失。为了减少电热造成的损失，在输电时采取高压输电的办法。试运用学过的损失，在输电时采取高压输电的办
18、法。试运用学过的电功率、焦耳定律等知识，通过推理证明高压输电的电功率、焦耳定律等知识，通过推理证明高压输电的合理性。的合理性。电流热效应的应用很广泛电流热效应的应用很广泛电流热效应的应用很广泛电流热效应的应用很广泛三、电流热效应的应用与控制三、电流热效应的应用与控制1 1、电流热效应的应用、电流热效应的应用 电热器电热器：利用：利用电流的热效应电流的热效应制成的加热设备制成的加热设备电热器的主要组成部分：发热体电热器的主要组成部分：发热体 发热体一般由电阻率大、熔点高的金属丝绕在发热体一般由电阻率大、熔点高的金属丝绕在绝缘材料上做成的。绝缘材料上做成的。电热器的优点：清洁、无污染、热效率高，且
19、电热器的优点：清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节。便于控制和调节。散热片散热片散热窗散热窗散热小风扇散热小风扇2 2、电流热效应的控制（防护）、电流热效应的控制（防护）上面这些东西里都装有散热装置，你知道它们是怎上面这些东西里都装有散热装置，你知道它们是怎样散热的吗？你还知道哪些电器采取了散热措施？安样散热的吗？你还知道哪些电器采取了散热措施？安装了什么样的散热装置？装了什么样的散热装置？1 19 94 43 3课堂练习：课堂练习：1.1.为了研究温度对种子发芽的影响为了研究温度对种子发芽的影响,课外活动小组课外活动小组要做一只电烘箱要做一只电烘箱,要求在要求在10min10min内产生
20、内产生6104J6104J的热量的热量,接用的是家庭电路接用的是家庭电路,请计算一下这只电烘箱电热丝的请计算一下这只电烘箱电热丝的电阻是多少电阻是多少?2.2.标有标有“220V 100W”220V 100W”的白炽灯正常工作时的白炽灯正常工作时,在在1min1min内将产生多少热量内将产生多少热量?将消耗多少电能将消耗多少电能?若接在若接在55V55V的电路中呢的电路中呢?3.3.两个电热器的电阻之比为两个电热器的电阻之比为4 43 3，通过相同的电，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为流，在相等的时间里产生的热量之比为_ _ ；若；若两个电热器的电阻相同，通过的电流强度为两个电热
21、器的电阻相同，通过的电流强度为1 13 3，在，在相等的时间里产生的热量之比为相等的时间里产生的热量之比为_ _。4.4.如图所示，电源电压如图所示，电源电压220220伏，伏，R R是电烙铁，标有是电烙铁，标有“220V220V，40W”40W”字样；字样；L L是电灯泡，标有是电灯泡，标有“PZ220PZ22040”40”字样字样.当开关当开关S S闭合时，电烙铁每分钟产生的热量闭合时，电烙铁每分钟产生的热量是是_焦，当开关焦，当开关S S断开时，电烙铁的实际功率是断开时，电烙铁的实际功率是_ _ 瓦；开关瓦；开关S S断开后，整个电路工作断开后，整个电路工作_ _ 小时小时消耗消耗1 1
22、千瓦时电能千瓦时电能.5.5.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220V220V，R R1 1是发热电阻，是发热电阻，R R2 2是阻值为是阻值为616616的分压电阻，的分压电阻，S S是控制电热毯工作状态的开关。是控制电热毯工作状态的开关。S S转到触点转到触点1 1为断开状为断开状态；态；S S转到触点转到触点2 2为低温状态；为低温状态；S S转到触点转到触点3 3为高温状态，为高温状态，此时功率为此时功率为100W100W。求：（。求：（l l）当开关）当开关S S转到触点转到触点3 3时。电时。电热毯的发热电阻热毯的发热电阻R R1 1
23、是多少是多少？（2 2）当开关）当开关S S转到触点转到触点2 2时，通过电路的电流是多少时，通过电路的电流是多少安？发热电阻安？发热电阻R R1 1消耗的功率是消耗的功率是多少瓦特？多少瓦特？6.CFXB 6.CFXB型型“220V 1100W”220V 1100W”电饭煲的原理图如图所电饭煲的原理图如图所示，它有高温烧煮和焖饭、保温两挡，通过单刀双示，它有高温烧煮和焖饭、保温两挡，通过单刀双掷开关掷开关S S进行调节，进行调节，R R0 0为电热丝当开关为电热丝当开关S S接高温烧接高温烧煮挡时，电路的功率为煮挡时，电路的功率为1100W1100W，当开关，当开关S S接焖饭、保接焖饭、保
24、温挡时，电路的总功率为温挡时，电路的总功率为22W22W（1 1）电饭煲在高温）电饭煲在高温烧煮挡时，开关烧煮挡时，开关S S应与哪个触点连接？（应与哪个触点连接？（2 2）电热丝）电热丝R R0 0的阻值多大？（的阻值多大？（3 3）当电饭煲在正常焖饭、保温时）当电饭煲在正常焖饭、保温时电路中的电流多大？焖饭、保温电路中的电流多大？焖饭、保温10min10min，电热丝，电热丝R R0 0产生的热量为多少？产生的热量为多少？（1 1）分析饮水机何时处在加热状态和何时处在保）分析饮水机何时处在加热状态和何时处在保温状态。温状态。（2 2）如果饮水机在加热状态时加热板的电功率是）如果饮水机在加热
25、状态时加热板的电功率是400W400W，在保温状态时加热板的功率是加热功率的，在保温状态时加热板的功率是加热功率的1/91/9倍，倍，求电阻求电阻 R R1 1 和和 R R2 2的阻值。的阻值。7.7.饮水机是一种常用的家用电饮水机是一种常用的家用电 器，主要是利用电流热效应器，主要是利用电流热效应 来工来工作的。其工作电路可简化为如右图作的。其工作电路可简化为如右图所示电路，其中所示电路，其中S S是温控开关。是温控开关。8 8、小明家里买了一只电热水壶，铭牌上标有、小明家里买了一只电热水壶，铭牌上标有“220V 100W”220V 100W”字样。他想：该壶正常工作时烧水的字样。他想：该
26、壶正常工作时烧水的效率多大？请你帮助小明设计一个探究电热水壶烧水效率多大？请你帮助小明设计一个探究电热水壶烧水效率的实验。要求写出：效率的实验。要求写出：(1)(1)需要测量的物理量；需要测量的物理量；(2)(2)热水壶效率的表达式。热水壶效率的表达式。9.9.（0303安徽）有一台直流电动机在安徽）有一台直流电动机在220V220V的电压下的电压下工作时，电流为工作时，电流为35A35A。用它匀速提升质量为。用它匀速提升质量为1400kg1400kg的的货物，在货物，在2s2s内提升了内提升了1m1m。设电动机输出的能量全部用。设电动机输出的能量全部用来提升货物。问：来提升货物。问：（1 1
27、）2s2s内电动机对货物做了多少功？内电动机对货物做了多少功？（2 2）这期间电动机的效率是多少？）这期间电动机的效率是多少？（3 3）电动机消耗的电能转化成了哪些形式的能量）电动机消耗的电能转化成了哪些形式的能量？10.10.（0808安徽）如图所示的电动机是一种使用广泛的安徽）如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看它主要是把电能转化动力机械，从能量转化的角度看它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加掉。现有一台电动机，当电动机两端加220V220V电压时，通电压时，通过电动机线圈的电流为过电动机线圈的电流为50A50A。问：。问：（1 1）每分钟该电动机消耗的电能是多少？）每分钟该电动机消耗的电能是多少？（2 2）已知电流通过导体时产生的热量）已知电流通过导体时产生的热量Q=IQ=I2 2RtRt（其中（其中I I、R R和和t t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电阻是时间），若该电动机线圈的电阻是0.40.4，则线圈每分，则线圈每分钟产生的热量是多少钟产生的热量是多少?（3 3）这台电动机每分钟所做的）这台电动机每分钟所做的机械功是多少机械功是多少?
