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第十八章第十八章 电功率电功率第第4 4节、焦耳定律节、焦耳定律 教学目标：教学目标：1.能通过生活实例，认识电流的热效应。能通过生活实例，认识电流的热效应。2.能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定 律进行计算。律进行计算。3.通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待 问题。问题。教学重点：教学重点：研究电热与电阻、电流、通电时间的定性研究电热与电阻、电流、通电时间的定性 关系，关系，焦耳定律的理解及应用。焦耳定律的理解及应用。教学难点：教学难点：研究电热与电阻、电流、通电时间的定性研究电热与电阻、电流、通电时间的定性 关系，关系，焦耳定律的理解及应用。焦耳定律的理解及应用。教学关键：教学关键：教学中做好实验及分析实验现象。教学中做好实验及分析实验现象。一、电流的热效应一、电流的热效应二、二、焦耳定律焦耳定律三、电热的利用与防止三、电热的利用与防止本节导航本节导航 周六，小明在家看电视，忽然听到周六，小明在家看电视，忽然听到爸爸的脚步声，他赶紧关上电视，写起爸爸的脚步声，他赶紧关上电视，写起了作业，爸爸进屋后发现小明在认真的了作业，爸爸进屋后发现小明在认真的写作业，很高兴，但后来爸爸却知道了写作业，很高兴，但后来爸爸却知道了小明刚才看了电视。小明刚才看了电视。同学们，你们知道同学们，你们知道小明的爸爸是怎么知道的吗？小明的爸爸是怎么知道的吗？他摸了摸电视机的的散热窗，发现那儿他摸了摸电视机的的散热窗，发现那儿还热着呢还热着呢!猜一猜猜一猜！生活中，许多用电器通电后，生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。请举例说明。都伴有热现象产生。请举例说明。电热壶电热壶电烤箱电烤箱电炉电炉电饭锅电饭锅热水器热水器电热器电热器 通电后，这些通电后，这些用电器会发热，用电器会发热，为什么？为什么？使用这些电器时，热量是从哪里来的使用这些电器时，热量是从哪里来的？电流的热效应电流的热效应 生活中，许多用电器接通电源后，都生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。伴有热现象产生。电流通过导体时电能转电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。化成内能，这种现象叫做电流的热效应。在研究电流的热效应时，有个问题值在研究电流的热效应时，有个问题值得我们思考：得我们思考：电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换换句话说，句话说，电流通过导体时产生热的多少跟电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？什么因素有关？1 1、定义：电流通过导体时电能转化成内能，、定义：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。这个现象叫做电流的热效应。一、电流的热效应一、电流的热效应3 3、电流的三大效应：、电流的三大效应：电流的热效应：电流的热效应：能量转化能量转化电能转化为热能电能转化为热能电流的磁效应：电流的磁效应：电流的化学效应：电流的化学效应：能量转化能量转化电能转化为化学能电能转化为化学能2 2、实质：电能转化为热能。、实质：电能转化为热能。电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热得发红，同。为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？而导线却几乎不发热？电炉丝电炉丝导导 线线问题：问题：电流通过导体时产生的热跟什么因素有关电流通过导体时产生的热跟什么因素有关？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P P9999演示演示 如下图所示，两个透明容器中密封着如下图所示，两个透明容器中密封着等量的空气，等量的空气，U形管中液面高度的变化反形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。大。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个一定时间后，比较两个U形形管中液面高度管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？的变化。你看到的现象说明了什么？实验表明，实验表明，在电流相同、通电时间相同的情在电流相同、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。况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。两个密闭容器中空气温度变化的快慢一样吗？两个密闭容器中空气温度变化的快慢一样吗？观察实验观察实验实验实验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，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。电阻越大，这个电阻产生的热量越多。P P100100演示演示 如下图所示，两个密闭容器中的如下图所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，因此通过两容器中电阻的电流不同。因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个在通电时间相同的情况下，观察两个 U 形管中液面高度的变化。你看到的形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？现象说明了什么？实验表明，实验表明，在电阻相同、通电时间相同的在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。产生的热量越多。电流大小不同，产生热量的多少相同吗？电流大小不同，产生热量的多少相同吗？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，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，这个电阻产生通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。的热量越多。焦耳（焦耳（James Prescott Joule，18181889），英国物），英国物理学家。用近理学家。用近 40 年的时间做年的时间做了了 400 多次实验，研究热和功多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实验，于的关系。通过大量的实验，于 1840 年最先精确地确定了电流年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。电时间的关系。P100焦焦 耳耳焦耳定律焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840 年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：电流通过导体产生的热量跟电流的二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，跟通次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律焦耳定律（Joule law）。如果热量用Q表示，电流用 I 表示，电阻用R表示，时间用t 表示，则焦耳定律为Q=I 2Rt1内容：内容：电流通流通过导体体产生的生的热量跟量跟电流的二次方成正比，跟流的二次方成正比，跟导体体的的电阻成正比，跟通阻成正比，跟通电时间成成正比。正比。2公式：公式：Q=I2Rt3单位：焦耳（位：焦耳（J）安安2欧欧秒秒 伏伏安安秒秒 4.4.适用范适用范围：任何：任何电路（用路（用电器）器）二、焦耳定律二、焦耳定律注意注意：焦耳定律是实验定焦耳定律是实验定律，律，牛顿第一定律（惯性牛顿第一定律（惯性定律）不是实验定律定律）不是实验定律。电流通过导体时，如果电流通过导体时，如果电能全部转化电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗就等于消耗的电能的电能W，即，即Q=W=UIt。再根据欧姆定律再根据欧姆定律U=IR，就得到，就得到Q=I 2Rt。可见，在消耗的电能全部用来产生热可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。学过了焦耳定律，你能回答这一节开学过了焦耳定律，你能回答这一节开始时提出的问题吗始时提出的问题吗?原来，电炉通过导线接到电路中，流原来，电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前面的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前面的学习我们已经知道，学习我们已经知道，导线的电阻很小导线的电阻很小，1 m长的电线，电阻不过百分之几欧姆，而长的电线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻可达几十欧姆到上百欧姆电炉丝的电阻可达几十欧姆到上百欧姆。所以，所以，当通过的电流相等时，电炉丝很热，当通过的电流相等时，电炉丝很热，而导线却不热。而导线却不热。原因原因：导线电阻远小于电炉丝电阻，当通过的电流、：导线电阻远小于电炉丝电阻，当通过的电流、时间相等时，导线产生的热量少而不热，电炉丝产时间相等时，导线产生的热量少而不热，电炉丝产生的热量多却很热。生的热量多却很热。1当当电流通流通过导体体时，如果，如果电能全部能全部转化化为内能，内能，而没有同而没有同时转化成其他形式的能量，那么化成其他形式的能量，那么电流流产生的生的热量量Q就等于消耗的就等于消耗的电能能W，即，即Q=W =UIt=I2Rt如：如：电暖器，暖器，电饭锅，电炉子等。炉子等。5、电能和电热关系、电能和电热关系 注意：注意：W =UIt、W =UQ适用于某段电路或某个用电器或导体适用于某段电路或某个用电器或导体 W =I2Rt=Q、W =U2tR=Q适用于纯电阻电路适用于纯电阻电路 W =Pt 适用于任何电路适用于任何电路 W =nN适用于电表测量情况适用于电表测量情况2当当电扇工作扇工作时，消耗的消耗的电能主要能主要转化化为电机的机械能：机的机械能：WQ热热5、电能和电热关系、电能和电热关系电能能 内能内能+机械能机械能注意注意补充充：电流流发热功率功率P=I2R、P=U2R适用于纯电阻电路适用于纯电阻电路 P总 =P热+P动适用于非纯电阻电路适用于非纯电阻电路 即即 UI=I2R+P动 如如导学案中学案中P82.7的的题 例题例题 一根60 的电阻丝接在36 V的电源两端，在5 min内共产生多少热量？解：解：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流。再用焦耳定律公式计算电流产生的热量。Q=I2Rt=(0.6 A)260 560 s=6 480 J电流流在在 5 min 内共内共产生的生的热量量为：Q=I2Rt=(0.6 A)260 W W300 s =6 480 J 一根一根 60 的的电阻阻丝接在接在 36 V的的电源两端，在源两端，在 5 min内共内共产生多少生多少热量量?答答:在在 5 min 内共内共产生生 6 480 J 热量。量。解解:通过电阻丝的电流为：通过电阻丝的电流为：例例题I=0.6 AUR36 V60 额定定电压相同的灯泡，相同的灯泡，额定功率越大，定功率越大，电阻越小，阻越小，正常工作正常工作时单位位时间内内产生的生的热量越多。可是按照焦耳量越多。可是按照焦耳定律，定律，电阻越大，阻越大，单位位时间内内产生的生的热量越多。二者似量越多。二者似乎有矛盾，乎有矛盾，这是怎么回事是怎么回事?想想议议想想议议P P101101答：前者说电阻越小，答：前者说电阻越小，正常工作正常工作时单位时间内产生的热单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。电热的利用和防止电热的利用和防止 生活中和许多产业中都要用到电热。生活中和许多产业中都要用到电热。家里的家里的电热水器、电饭锅、电熨斗电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡，养鸡场的场的电热孵化器，电热孵化器，都是利用电热的例子。都是利用电热的例子。但是，很多情况下我们并不希望用电但是，很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。器的温度过高。电视机的后盖有很多孔，电视机的后盖有很多孔，就是为了通风散热，就是为了通风散热，使用时一定要把防尘使用时一定要把防尘的布罩拿开。电脑运行时温度会升高，需的布罩拿开。电脑运行时温度会升高，需要用要用微型风扇及时散热微型风扇及时散热。过多的电热如果。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。不能及时散失，会产生许多安全隐患。利用电热孵化器孵小鸡利用电热孵化器孵小鸡利用微型风扇为电脑散热利用微型风扇为电脑散热1电热的利用电热的利用利用电热孵化器孵小鸡利用电热孵化器孵小鸡用来加热用来加热电热器的主要组成电热器的主要组成部部分是分是发热体发热体三、电热的利用和防止三、电热的利用和防止电热器：电热器：利用电来加热利用电来加热的设备的设备。例如：。例如：发热体的特点：发热体的特点：是由是由电阻率电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上材料上做成的。做成的。电炉电炉电熨斗电熨斗电暖气电暖气电饭锅电饭锅电热毯电热毯热水器热水器电烙铁电烙铁 电吹风机电吹风机电烤炉电烤炉电热孵化器电热孵化器等等等等1电热的利用电热的利用电热器的优点电热器的优点:清洁卫生，没有环境污染，清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。热效率高，还可以方便地控制和调节温度。三、电热的利用和防止三、电热的利用和防止电热器的原理电热器的原理：电流的热效应。电流的热效应。注意：注意：由于电流通过电热器时都会产生热，由于电流通过电热器时都会产生热，但产生热的用电器不一定都但产生热的用电器不一定都 属于电热器。属于电热器。如：电视机、电动机、电风扇、电冰箱、电如：电视机、电动机、电风扇、电冰箱、电脑等等脑等等很多情况下很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。我们并不希望用电器的温度过高。如：如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时运行时要用微型风扇及时散热散热等等。等等。2电热的危害电热的危害防止防止电热的危害电热的危害措施措施：设法散热设法散热将导体烧坏将导体烧坏使绝缘材料老化使绝缘材料老化课堂小结课堂小结焦耳定律焦耳定律的实验和的实验和内容内容电热的利电热的利用和危害用和危害1 1、定义：电流通过导体时电能转化成内能，、定义：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。这个现象叫做电流的热效应。一、电流的热效应一、电流的热效应3 3、电流的三大效应：、电流的三大效应：电流的热效应：电流的热效应：能量转化能量转化电能转化为热能电能转化为热能电流的磁效应：电流的磁效应：电流的化学效应：电流的化学效应：能量转化能量转化电能转化为化学能电能转化为化学能2 2、实质：电能转化为热能。、实质：电能转化为热能。1内容：内容：电流通流通过导体体产生的生的热量跟量跟电流的二次方成正比，跟流的二次方成正比，跟导体体的的电阻成正比，跟通阻成正比，跟通电时间成成正比。正比。2公式：公式：Q=I2Rt3单位：焦耳（位：焦耳（J）安安2欧欧秒秒 伏伏安安秒秒 4.4.适用范适用范围：任何：任何电路（用路（用电器）器）二、焦耳定律二、焦耳定律注意注意：焦耳定律是实验定焦耳定律是实验定律，律，牛顿第一定律（惯性牛顿第一定律（惯性定律）不是实验定律定律）不是实验定律。1当当电流通流通过导体体时，如果，如果电能全部能全部转化化为内能，内能，而没有同而没有同时转化成其他形式的能量，那么化成其他形式的能量，那么电流流产生的生的热量量Q就等于消耗的就等于消耗的电能能W，即，即Q=W =UIt=I2Rt5、电能和电热关系、电能和电热关系2当当电扇工作扇工作时，消耗的消耗的电能主要能主要转化化为电机的机械能：机的机械能：电能能 内能内能+机械能机械能WQ热热 电流流发热功率功率P=I2R、P=U2R适用于纯电阻电路适用于纯电阻电路 P总 =P热+P动适用于非纯电阻电路适用于非纯电阻电路 即即 UI=I2R+P动1电热的利用电热的利用电热器的电热器的主要组成主要组成部分是部分是发热体发热体三、电热的利用和防止三、电热的利用和防止电热器：电热器：利用电来加热的设备利用电来加热的设备。例如：。例如：发热体的发热体的特点：特点：是由是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上上做成的。做成的。电炉电炉电熨斗电熨斗电暖气电暖气电饭锅电饭锅电热毯电热毯热水器热水器电烙铁电烙铁 电吹风机电吹风机 电烤炉电烤炉 电热孵化器电热孵化器等等等等电热器的电热器的原理原理：电流的热效应。电流的热效应。电热器的电热器的优点优点:清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。方便地控制和调节温度。注意：注意：由于电流通过电热器时都会产生热，但产生热的用电器由于电流通过电热器时都会产生热，但产生热的用电器不一定都不一定都 属于电热器属于电热器。如：。如：电视机、电动机、电风扇、电冰箱、电视机、电动机、电风扇、电冰箱、电脑等等电脑等等2电热的危害电热的危害防止防止电热的危害电热的危害措施措施：设法散热设法散热危害：危害：将导体烧坏将导体烧坏使绝缘材料老化使绝缘材料老化1.电流的热效应是电流通过导体时电流的热效应是电流通过导体时_转化成转化成_的现象。的现象。电热器是利用电流的电热器是利用电流的_制成的加热设备。制成的加热设备。电能电能热热2.“在研究电流产生的热量跟电流的关系在研究电流产生的热量跟电流的关系”的实验中，应保持的实验中，应保持 _、_一定。一定。3.一根一根100的的电阻阻丝通通过的的电流是流是2A，1s内它内它产生的生的热量量为_J它的它的电功率是功率是_ W，通，通电1min时产生的生的热量量是是_J。4.电阻电阻R1、R2串联在电路中，串联在电路中，R1=4，R2=6，则，则Q1:Q2=_。热效应热效应电阻电阻时间时间400 240002:3400动手动脑学物理动手动脑学物理1.某导体的电阻是某导体的电阻是2，通过，通过2 A 的电流时，的电流时，1 min 产生多产生多少焦耳的热量少焦耳的热量?解：解：1 min 产生的热量为：产生的热量为：Q=I2Rt=（2 A）2X X 2 X60SX60S=480J480J 2.一只额定功率是一只额定功率是450 W 的电饭锅，在额定电压下使用，每的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生多少热量分钟产生多少热量?解：电饭锅每分钟解：电饭锅每分钟 产生的热量为：产生的热量为：Q=W=Pt=450WX X 60S S=2.7104 J 3.一只电烙铁的额定电压是一只电烙铁的额定电压是220 V，在额定电压下工作时的电，在额定电压下工作时的电阻是阻是1 210，它的额定功率有多大，它的额定功率有多大?在额定电压下通电在额定电压下通电10 min 产生多少热量产生多少热量?解：电烙铁的额定功率为：解：电烙铁的额定功率为：P额=U额2/R/R=(220V)2/1210/1210 =40 W 电烙铁电烙铁10分钟分钟 产生的热量为：产生的热量为：Q=W=Pt=40WX X 60S SX10X10=2.4104 J动手动脑学物理动手动脑学物理5.答：答：利用电流热效应的实例：电暖气、电烙铁、电热毯等。利用电流热效应的实例：电暖气、电烙铁、电热毯等。防止电热的方法多种多样，例如电动机利用翼状散热防止电热的方法多种多样，例如电动机利用翼状散热 片增大散热面积，计算机内的小风扇把热空气驱散。片增大散热面积，计算机内的小风扇把热空气驱散。6.答：导线相互连接的位置接触电阻较大，因而电能转化为热的答：导线相互连接的位置接触电阻较大，因而电能转化为热的 功率也较大，造成此处比别处更容易发热，加速老化甚至功率也较大，造成此处比别处更容易发热，加速老化甚至 引起火灾。引起火灾。4.解：电烘箱的电功率为：解：电烘箱的电功率为：P=W/t=Q/t=6.6104 J/60/60S S=1100 W 电阻丝工作时的电阻为：电阻丝工作时的电阻为：R=P/I2=1100 W/(5A)/(5A)2 2=44 p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe学习总结结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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