探究焦耳定律

15.4

探究焦耳定律西吉回中張雯（1）燈泡發(fā)光一段時間后，用手觸摸燈泡有什么感覺？為什么？

（2）電風扇使用一段時間后，用手觸摸電動機部分有什么感覺？為什么？答案:發(fā)燙。是電流的熱效應。問題電流的熱效應

電流通過導體時，導體會發(fā)熱（電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能），這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應。

4電爐絲和導線通過的電流相同。為什么電爐絲熱的發(fā)紅，而導線卻幾乎不發(fā)熱？問題：一、探究電流的熱效應跟電阻的關(guān)系實驗

電流熱效應跟電阻的關(guān)系實驗器材

實驗目的

研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)

實驗原理

當電流通過電阻絲時，電流產(chǎn)生的熱量就使瓶中的煤油溫度升高、體積膨脹，瓶塞上面原來一樣高的液柱就會逐漸上升。電流產(chǎn)生的熱量越多，液面就會上升得越高。我們可以通過管中液面上升的高度比較電流產(chǎn)生的熱量。電源、開關(guān)、燒瓶、電流表、滑動變阻器

、導管、適量煤油和足夠?qū)Ь€兩個相同的燒瓶中裝滿煤油分別放入電阻不同的電阻絲通電后導管中的煤油上升。在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。12實驗分析即：電流相等時，在一定時間內(nèi)，導體產(chǎn)生的熱量跟電阻成正比。即：電阻相等時，在一定時間內(nèi)，導體產(chǎn)生的熱量跟電流成正比。經(jīng)驗之談:

對于確定的電路中的某一導體來說，通電時間越長，導體中產(chǎn)生的熱量越多。

你能舉一個日常生活實例說明一下嗎?

1.內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。

2.公式：Q=I2Rt3.單位：I-安，R-歐，t-秒，Q-焦。注意：熱量跟電流的平方成正比，若通過一個用電器的電流增加到3倍時，它產(chǎn)生的熱量增大到

倍。9

英國物理學家焦耳做了大量的實驗,于1840年最先精確地確定電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時間的關(guān)系，即焦耳定律。二、焦耳定律

焦耳在1818年12月24日生于英國曼徹

斯特，他的父親是一個釀酒廠主。焦耳自幼

跟隨父親參加釀酒勞動，沒有受過正規(guī)的教

育。青年時期，在別人的介紹下，焦耳認識

了著名的化學家道爾頓。道爾頓給予了焦耳

熱情的教導。焦耳向他虛心的學習了數(shù)學、

哲學和化學，這些知識為焦耳后來的研究奠

定了理論基礎(chǔ)。1840年，焦耳把環(huán)形線圈放

入裝水的試管內(nèi)，測量不同電流和電阻時的水溫。通過這一實驗，他發(fā)現(xiàn)：導體在一定時間內(nèi)放出的熱量與導體的電阻及電流的平方之積成正比。四年之后，俄國物理學家楞次公布了他的大量實驗結(jié)果，從而進一步驗證了焦耳關(guān)于電流熱效應之結(jié)論的正確性。因此，該定律稱為焦耳—楞次定律。焦耳活到了七十一歲。1889年10月11日，焦耳在索福特逝世。后人為了紀念焦耳，把功和能的單位定為焦耳。根據(jù)電功公式和歐姆定律推導焦耳定律。非純電阻電路：W總＞Q

(W總＝UIt=W外＋Q)Q=W=UIt=I2Rt根據(jù)歐姆定律U=IR又

W=UIt若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量（消耗的電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能）即Q=W注意：焦耳定律適用于任何用電器的熱量計算，對只存在電流熱效應的電路也可用Q

=W

=

UIt

=

Pt

=

t來計算熱量。純電阻電路：W總=Q放=Pt=UIt=

t=I2Rt三、電流熱效應的應用與控制根據(jù)焦耳定律可知，生活中用電器在工作時，會產(chǎn)生電熱，怎樣合理地應用電熱和防止電熱造成的危害呢？你知道嗎？電熱的利用和防止1.電熱器：利用電流來加熱的設備。主要部件：發(fā)熱體（電阻率大、熔點高）應用：電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電孵化器、電烙鐵等等。2.電熱的防止：電視機后蓋的散熱窗、電腦主機里面的小電風扇等等。1.焦耳定律是反映電流的

效應的規(guī)律，即_____轉(zhuǎn)化為

的規(guī)律。2.電流通過電風扇做功時,

能轉(zhuǎn)化為___能和_____________

能，如果電流做功3.6×106J,電風扇獲得的機械能一定

______

3.6×106J。牛刀小試熱電能內(nèi)能電內(nèi)機械小于3.下列用電器正常工作時，要防止電流熱效應的是()A．電燈B．電視機

C．電飯鍋D．電熨斗4.下列家用電器中，利用電流熱效應工作的是()A．電風扇B．電飯鍋

C．電冰箱D．電視機

BB課時練習1.電流通過導體時產(chǎn)生的熱量跟__________成正比，跟導體的____成正比，跟__________成正比，這個規(guī)律叫做焦耳定律，數(shù)字

表達式是_______.2.電熱器是利用電流的__效應制成的，它的主要部件是______.電流流過電熱器所做的功全部用來產(chǎn)生____.3.有兩根金屬電阻絲，電阻分別為5Ω和15Ω，將它們串聯(lián)后接在一個電源兩端，它們的電

壓之比為_____，在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為______；

如果將它們并聯(lián)同一電源兩極間，通過它們的電流之比為____，在相等的

時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量之比為____.電流的平方電阻通電的時間Q=I2Rt熱發(fā)熱體

熱量1∶31∶33∶13∶14.在兩根橫截面積相同、長度不同的鎳鉻合金線兩端分別加上相同的電壓，那么下列說法

中正確的是()A.長的鎳鉻合金線電阻較大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量較多B.短的鎳鉻合金線電阻較大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量較多C.長的鎳鉻合金線電阻較大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量較少D.短的鎳鉻合金線電阻較小，相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量較少5.一根電阻絲接在電壓U=5V的電源上，在1s內(nèi)產(chǎn)生的熱量是2J，要讓該電阻(其電阻大

小恒定不變)產(chǎn)生8J的熱量，可采用的辦法是()A.使電源電壓變?yōu)?0V，通電時間仍為1SB.使電源電壓仍為5V，通電時間變?yōu)?SC.使電源電壓變?yōu)?0V，通電時間變?yōu)镾D.使電源電壓變?yōu)?0V，通電時間變?yōu)?SCA6.有一種家用電熨斗的規(guī)格為“220V，300W”，這種電熨斗內(nèi)部的電熱絲的電阻是多少?如

在額定電壓下工作，1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量是多少?【答案】161.3Ω，1.8×104J典型例題解析【例1】用電爐燒水時，電爐絲熱得發(fā)紅，而跟電爐絲連接著銅導線卻不怎

么熱，這是為什么?

電爐的電阻絲和銅導線是串聯(lián)在同一電路中的，所以通過的電流是相同的，時間也是相同的，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，當兩導體中電流和通電時

間均相同時，電流產(chǎn)生的熱量與導體的電阻成正比.由于電爐的電阻絲的電阻比銅導線的電

阻大得多，所以電爐絲產(chǎn)生的熱量比銅導線要大得多.

【例2】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，通過線圈的電流為10A.這臺電動機正常工作時，一秒鐘消耗的電能為____J，產(chǎn)生的熱量為___J.3800200【例3】在如圖9-3-1所示的電路的方框內(nèi)有一種發(fā)熱裝置，它是由三段阻

值相同的電熱絲組成，這個發(fā)熱裝置的電路與方框外的電路相連接.當開關(guān)S擲到A點時

為高溫，擲到B點時為低溫(電源電壓不變)，且在相同時間內(nèi)，高溫時產(chǎn)生的熱量是低

溫時產(chǎn)生的熱量的2倍，試在方框內(nèi)畫出它的電路圖.【例4】現(xiàn)有甲、乙兩只廢舊電爐，分別標有“220V，1000W”

和“220V，500W”字樣，其中電熱絲均完好無損.某同學想利用這些電熱絲來自制一個電熱器接入照明

電路中使用，下列設想可行的是()A.要使電熱器的電功率為250W，只要將乙電熱絲的一半接入電路B.要使電熱器的電功率為2000W，只要將乙電熱絲分成等長的兩段并聯(lián)后接入電路

C.要使電熱器的電功率為400W，只要將乙電熱絲與一半長的甲電熱絲串聯(lián)后接入電

路D.要使電熱器的電功率為750W，只要將兩只電熱絲各取一半串聯(lián)后接入電路BC1.某同學自制了一個“電熱驅(qū)蚊器”，它的發(fā)熱元件是一個阻值為1.0×104Ω的電阻.將這個電熱驅(qū)蚊器接在電源的兩端，當電源兩端電壓為220V時，1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量的______J.2.一個標有“220V，500W”字樣的電加熱器(俗稱“熱得快”)，正常工作20分鐘產(chǎn)生的熱

量為______焦.假若電加熱器放出的這些熱量全部被水吸收，在標準大

氣壓下____(填“能”或“不能”)將質(zhì)量為2千克20℃的水加熱至沸騰.3.阻值為R的電熱絲接到電壓不變的電源上，3分鐘可以使一杯水燒開，現(xiàn)換用阻值為2R的電阻，再接到此電源上，__分鐘可以使同樣的一杯水燒開.290.4不能6×1056課時訓練4.如圖9-3-3所示，電源電壓220伏，R是電烙鐵，標有“220V，40W”字樣；L是電燈泡

，標有“PZ220—40”字樣.當開關(guān)S閉合時，電烙鐵每分鐘產(chǎn)生的熱量是________焦，當開關(guān)S斷開時，電烙鐵的實際功率是__瓦；開關(guān)S斷

開后，整個電路工作__小時消耗1千瓦電能.5.將規(guī)格分別為“220V，1000W”和“220V，500W”的甲、乙兩根電阻絲串聯(lián)起來

，接入一電源兩極，電源最大不能超過___伏，此時，整個電路的最大功率

是___瓦.750

502.4×10310圖9-3-33306.研究焦耳定律的實驗裝置如圖9-3-4所示，在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各放一根

電阻絲，甲瓶中電阻絲的阻值比乙瓶中的電阻大.實驗分三步進行，其中第一步為：接通電

路一段時間，比較甲、乙兩瓶中的煤油哪個上升得高，這一步是在什么情況下研究熱量跟哪

個物理量的關(guān)系?()A.是在通電時間相同的情況下，研究熱量跟電流的關(guān)系B.是在電流相同的情況下，研究熱量跟通電時間的關(guān)系C.是在電流相同但電阻不同的情況下，研究熱量跟通電時間的關(guān)系

D.是在電流和通電時間相同的情況下，研究熱量跟電阻的關(guān)系D7.如圖9-3-5所示，a、b相同容器中分別裝有相同質(zhì)量的水，水中的電阻絲的阻值分別

為R1和R2，且R1＜R2，則閉分開關(guān)S后，a、b容器中水溫上

升較快的是()A.a容器中的水B.b容器中的水C.a、b容器中的水溫上升的快慢一樣D.無法判斷B圖9-3-58.有一個標有“220V，1000W”的電爐，想把它接在110V的線路上使用，同時又不改變原有

的功率，其辦法是()A.把電爐的電阻絲截去一半B.用另一根和它相同的電阻絲串聯(lián)C.用另一根和它相同的電阻絲并聯(lián)D.把電爐的電阻絲截成相等的兩段后再并聯(lián)起來9.在溫度是20℃的2400g的水里有一根阻值為10Ω的電阻絲.若通過這根電阻絲的電流是10A，需要多少時間才能把水加熱到95℃(假設電阻絲放出的熱量全部被水吸收)?D【答案】756秒方法小結(jié)

對于用電器吸熱量的計算，首先要分析該電器是非純電阻性器件還是純電阻性器件，初中階