第十八章第四节焦耳定律

1、第四节焦耳定律教学目标：（1）知道电流的热效应（2）知道焦耳定律（3 ）知道电热的利用和防止教学重点：通过探究，知道电流的热效应与那些因素有关教学难点：探究实验中“控制变量”的应用知识点一：电流的热效应（1）电流三大效应：热效应 磁效应 化学效应（2）热效应：电流通过导体时，电能要转化成热，这个现象叫做电流的热效应。（3）利用电流热效应工作的用电器叫做电热器，如电炉、电热水器等。则没有电流（4）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时都会发热，如果电阻为零（如超导体） 的热效应产生。例题讲解：电热水壶铭牌额定电压220V额定功率400W容量500ml频率50Hz图）.他理解例1、（ 2007?防

2、城港）小强家新买了一个电热水壶，使用前小强细读电热水壶的铭牌（如下 TOC o 1-5 h z 错误的是（）电热水壶正常工作时的电压为220V电热水壶工作时实际消耗的功率都是400W电热水壶每次烧水时最多只能盛水500ml电热水壶应接在电压为 220V,频率为50Hz的交流电源上使用解析：由铭牌可知，电热水壶额定电压为220V,额定功率为400W,电热水壶最大容量500ml，交流电频率为 50Hz. A C D正确，B错误.答案：B.例2、下列事例中，不属于利用电热的是（）A 、用电饭锅煮饭B、用电熨斗熨衣服C 、用电热孵卵器孵小鸡 D 、电视机设置散热窗解析：通过电流做功使电器发热，我们可以

3、利用电热但有时还要防止电热.A、B、C三个都是利用电热为我们工作，D是防止电视发热过多而损坏电器， 故设置散热窗.故D不是电热 的利用，答案：D.跟踪练习：1、 电热壶的工作原理是利用了电流的 效应.利用电热壶烧水时，将电能转化为 能,使水烧开.给手机电池充电，这是将 能转化为 能.2、 关于电热的利用，下列说法中正确的是（）A 、电热对我们来说总是有利的B、电热对我们来说总是不利的C 、电饭锅是利用电流热效应的原理制成的D 、电视机工作过程中没有产生电热答案：1、解析：电流的热效应是指导体通电时会发热的现象，它的一个应用是电热壶，它将电能转化为内能，而蓄电池充电时，是把电能转化为化学能.答案

4、：热；电；内； 电；化学2 、解析：电热是指电流通过导体时会产生热量的现象，对于我们的生活也有利也有害.A、说法错例1题图误，电热会造成导线温度上升，引发事故.B说法错误，利用电热可以取暖.C、说法正确，电饭锅是利用电流热效应的原理制成的.D说法错误，电视机工作过程中会产生电热.答案：C知识点二： 探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关 研究方法：控制变量法：探究电热与电阻的关系，要保持电流和时间相等，改变导体的电 阻，把阻值不同的电阻串联，比较产生热的多少。探究电热与电流的关系，应控制电阻和时间相等，比较 电流产生热的多少。转化法：根据 U形管液面高度差，比较电流产生热的多少。两个密封的容

5、器中封着等量的空气，U形管中液面高度变化反映密封空气温度的变化。跟通电时间成正比。结论：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比， 例1、某同学用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。图中两个空气盒内分别封闭了质量相等的空气，橡胶管将空气盒与U形管相连用笔画线代替导线，把电路图连接完整，并画出对应的电路图。(2 )根据实验电路图，可以知道这个同学研究的是：电流通过导体 产生的热量与 的关系。(3 )在实验中，观察 U形管中液面高度差的目的是为了判断 (4)通过一段时，发现其中一个U形管液面高度几乎不变，则出现该现象的原因可能是 。解析：实验时需

6、将电源、开关、和两个电阻丝串联起来，电路图如图所示。两个电阻丝串联，通电电流和时间相等， 是为了探究放热多少与电阻之间的关系。空气受热膨胀明显，方便观察。如果空气盒漏气，U形管的液面不会发生变化。(3 )空气盒可能漏气答案：(1)如图所示 (2)电阻(3)电流通过导体产生热的多少甲1题图乙例1题答案图跟踪练习：1、为了探究影响电热的因素，实验室准备了两 个装有质量相等的空气盒、如图所示连接 电路，分别设计了甲、乙所示的两个方案这两个方案的共同点是通过观察什么知 道电热的多少甲方案探究的问题是什么 ？乙方案探究的问题是什么？解析：我们在实验探究中常使用转换法进行研究，本题就是通过空气的热胀冷缩观

7、察出放热的多少；根据 控制变量的思想，谁变研究谁可知，甲研究的是放热多少与电阻的关系；乙研究的是放热多少与电阻 的关系。答案：（1）.观察U形管中液面的高度（2）在电阻和时间一定时，电热与电流的关系（3）在电流和时间一定时，电热与电阻的关系知识点三：焦耳定律（1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正 比。（2）公式：Q=I2Rt（3）单位：Q-热量-焦耳（J）, R-电阻-欧姆（Q ） , 1-电流-安培（A）,t-时间-秒（s）（4）电热与电功：用电器工作时只有一部分电能转化为热。W Q+ W其它=I 2Rt + W其它例题讲解：题型一、焦耳定

8、律的简单计算赖走电压220V例1、（2009?德州）有一电热水壶，铭牌如表所示.求：频率50Hz（1）该电热水壶的额定电流和电阻.额定功率IW0W（2）该电热水壶正常工作 100s消耗了多少电能？最大水量1kg解析：（1）从铭牌中读出电热水壶的额定电压和额定功率，利用I= P/U 求出电热水壶的额定电流，再利用R= U/I求出电热水壶的电阻；（2）已知电热水（例1题表）壶的额定功率和工作的时间，利用W=Pt即可求出电热水壶消耗的电能；答案：（1）额定电流： 匸 PU=1100W220V=5A 电阻：R= U/l=220V/5A=44 Q;（2）消耗的电能： W=Pt=1100WA 100s=1

9、.1 X 105J ；例2、小李同学自制了一个 “简易电热驱蚊器”，它的发热元件是一个阻值为1.0 X 104q定值电阻将这个驱蚊器接到220V的电源上，1min内产生的热量为 J ;若加到该定值电阻上的电压减小到原来的 1/2，则在相同时间内产生的热量是原来的倍解析:（1）产生热量Q=丄=R2(220V) 60s1 1041=209.4J（2）当该定值电阻上的电压减小到原来的Q= U/2 ,U)2Rt Rt1 u2 Jq4 Rt 42题图1 TOC o 1-5 h z 答案：290.4J倍.4跟踪练习：1、某导体的电阻是2 Q ,通过2A的电流时，1mi n导体产生的热量是（）A、4JB、8

10、JC、240J D、480J2、 （2013广州）如右图所示是额定电压为220V的理发用电吹风的典型电路，其中电热丝通电后可以发热,电动机通电后可以送风，且电动机的额定功率为120W。（1）要送冷风，选择开关应放在 位置；要送热风，选择开关应放在位置。（填“ A ”、“B”或“ C”）（2）若电吹风在额定电压下工作，送冷风时，通电8min电流所做的功是多少？(3)若电吹风在额定电压下工作，送热风时电路消耗的总功率为560W，则电热丝R的阻值应为多大?3、 一只烘干箱，当通过的电流是5安时，每分钟产生的热量是6.6 X 104焦，求该烘干箱发热体的电阻和功率？工作5小时用几度电？4、 一个“ 2

11、20V 1000W的电热器，在额定电压下通电15分钟，(1 )产生的热量是多少焦？(2 )若家用电能表上标有“ 3000r/KWh ”的字样，则在这段时间内电能表的转盘转过了多少转？2 2答案：1、答案：产生的热量 Q=I Rt= (2A) X 2 QX 60s=480J ;2 、答案：(1) B A (2) 电流做的功 W=R =120W X 8 X 60S =57600J( 3)电热丝发热功率为P2=560W-120W =440W 电热丝的电阻(220V)440W3 、答案：44Q 1.1KW 5.5KW h4、答案：(1) 9X 105J(2) 750题型二、比值计算例1、两个电热器的电

12、阻之比是3:2，把它们串联在电路中使用， 在相同时间内它们放出的热量之比是B. 2： 3 C. 9： 4解析：在串联电路，电流相等，通电时间相同，由答案：AD . 4: 9Q=l2Rt推得放出热量与电阻成正比例例2、将两个阻值相同的电阻串联后接入电路中，时间t内产生的热量为 Q1;如果将它们并联后接入同一电路中，相同的时间内产生的热量为Q2贝U Q1 ：Q2为( )A . 4： 1 B. 1 : 4 C. 2： 1 D. 1 : 2解析：在串联电路，相同两个电阻的等效电阻等于2R,在并联电路中，相同两个电阻的等效电阻等于1/2R ;由Q=I2Rt变形公式(纯电阻)QtR由于总电压U相同，时间t

13、相同，可知两次比值为1:4。答案：BII=ii总结归纳：在串联电路中电流相同(非不变)，其他的电压之比，电功率之比,IIII放热之比，做功之比均与电阻成正比;W _P1 U1W2 _ Q2 _ p2 _ U 2 _ R2IIII在并联电路中电压相同，其他的电压之比，电功率之比，放热之比，做功之比IIII均与电阻成反比。Q1P1R2W2Q2P2R1II跟踪练习：1、一个电炉接在220V的电路上时用10min可以烧开一壶水，若该接在110V的电路上(忽略散热等因素影响)，烧开这壶水需要的时间为()A . 10minB . 20minC . 30minD . 40min2、用电热丝烧水，当电压为 U

14、时，t秒内可将水烧开如果电压降为原来的一半，则同样烧开这些水所需 的时间应为（）A . t/4 B . t/2C. 2t D . 4t答案：1、解析：在两次过程中由于定值电阻阻值不变，根据推导式Q=Wt可以得出两次时间比值进而R可以计算出时间。答案：D2、解析：在两次过程中由于定值电阻阻值不变，根据推导式Q二可以得出两次时间比值进而可R以计算出时间为4t。答案：D题型三、电热器的档位计算例1、如图所示为某电热饮水机的电路原理图，饮水机有加热和保温两种工作状态，饮水机热水箱内水温 达到92 C时开关S1自动断开，处于保温状态；当水温降至一定温度时，S1又闭合重新加热已知电源电压保持220V不变，

15、电阻R1 “的阻值为1210Q，电阻R2的阻值为121 Q .求：（1）饮水机处于保温状态时的电功率是多少？（2）饮水机处于加热状态时电路的总电流是多少？解析：（1）分析保温状态时的电路，掌握电功率的计算公式及推导公式. 电路中的电压和电路中的电阻，根据公式P= U/R进行计算.（2）要掌握并联电路中的电流关系：干路电流等于各支路电流之和.同时要掌握欧姆定律的计算公 式及其变形公式l= U/R .答案：（1）保温状态时，S断开，电路中只有 R.此时电路中的电功率是2 2P 1=U/R1=（220V） /1210 Q =40W答:饮水机处于保温状态时的电功率是（2）当S闭合时，饮水机处于加热状态

16、，此时Ri和R2并联在电路中，贝U l=l 1+12= U/R 计 U/R2= 220V/1210 Q + 220V/121 Q =2A答：饮水机处于加热状态时电路的总电流是2A.1题图P=UI= J/R=l 2/R，根据已知条件40W例2、如图是一条电热毯电路的示意图，R）是发热电阻丝，R是串联在电路中的电阻，S是控温开关.电热毯标牌上标有“ 220V 40W” 考虑温度对电阻值的影响）要使电热毯处于低温挡时，开关 于状态.解析：根据图示，当S闭合时，只有 R0在电路中；当S断开时， 联在电路中；当开关S处于断开状态时，电热毯处于低温档. 根据焦耳定律 Q=I2Rt, R）在一定时间内产生的

17、热量就少.答案：断开.跟踪练习：1、有一电热毯，其说明书上标明它所用的电压为220V,电热毯电阻由R和艮组成，已知R=605Q,如图所示，利用开关S的通断可以使电 热毯的发热功 率 （指电路的总功率）分为两档，两档的功率之比为1： 4,问：（1）开关S处于什么状态时，电 热毯的功率最大？最大功率是 多大？例2题图字样（不S应处R与R）串因为电路中总电阻大， 通过Ro的电流小,Ri1题图Hl电阻R2的阻值应为多大？电热毯处于低档时，1小时内发热多少J ?2、(2013江西)如图所示，是某电器内部的电路结构图，Ri、R2为阻值相同的电热丝，不同的连接方式其发热功率不同，下列说法不正确的是()A甲的

18、发热功率与丙的发热功率相等B 丁的发热功率是丙的发热功率的2倍D 丁的发热功率是乙的发热功率的C丙的发热功率是乙的发热功率的3、小彭家的电热饮水机有加热和保温两种工作状态，饮水机的铭牌数据如下，电路工作原热水箱水量额定电压加热时功率保温时功率2kg220V660W44W3题图理如图所示.当开关S闭合，S1断开，它是处于状态；正常加热时通过饮水机的电流大小为A .4、(2012年桂林)小明同学家里的电热饮水机有加热和保温两种功能，可由机内温控开关 So进行自动控制。小明从说明书上收集到如下表中的部分数据和图所示的电路原理图。额定电压220V频率50Hz额定加热功率920W4题图请解答如下问题：(

19、计算结果若不能整除，保留一位小数)这个电热饮水机正常工作时，在加热状态下的总电流大约是多大？若电阻R2的阻值为1210Q，则电阻R1的阻值为多少？答案：1、( 1)开关S处于闭合状态时，电热毯的功率最大， 最大功率是80W (2)电阻R的阻值应为1815Q. (3)电热毯处于低档时，1小时内发热 7.2 X 104J . 2、A 3、保温；3. 4、(1) 4.2A (2) 55QIF|帮你理解：电热器的高温档和低温档220V,所以根据P=，当电热器RII一般电热器是属于纯电阻电路，工作时两端电压为的电阻丝越小，则越是高温档。知识点四：纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路：只含电热元件的电路为纯

20、电阻电路(电能全部转化为热能)如电炉、白炽灯等。纯电阻电路中：电功 =电热： W=Q=Ult=|2Rt=U2t/R; 电功率=热功率：2P=P 热=UI=I R=U/R 非纯电阻电路：有些用电器如转动的电扇、正在充电的电池等，再消耗电能转化为热能的同时，还转化为其他能，这样的电路为非纯电阻电路。非纯电路中电功：W=UIt大于电热：Q=|2Rt P电=卩热+P其他电功率与热功率的区别：电功率是指某段电路上消耗的全部电功率。决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积；热功率是指这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。2电功率：P=UI大于热功率：P热=1 R若用电器是电热器，此时电能完全转化为热则有：W Q例题讲解：例1、小华组装了一台直流电动机模型，她将电动机模型接入如图(a )所示的电路中，已知电源电压U=3V,并保持不变，接通电路后，电动机没转动时，电流表读2A;电动机正常转动，电流表读数l=0.8A ,已知电动机正常工作时的能量转化关系如图(b)所示，摩擦不计，求：(1)电动机正常转动1min消耗的电能 W和线圈产生的热量 Q.例1题图(2)电动