15.315.3 探究电流热效应跟电探究电流热效应跟电 阻的关系阻的关系（1 1）灯灯泡泡发发光光一一段段时时间间后后，用用手手触触摸灯泡有什么感觉？为什么？摸灯泡有什么感觉？为什么？ （2 2）电风扇使用一段时间后，用手）电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？为触摸电动机部分有什么感觉？为什么？什么？答案答案: : 发烫。是电流的热效应。发烫。是电流的热效应。问题问题 灯灯泡泡接接入入电电路路中中时时，灯灯泡泡和和电电线线中中流流过过相相同同的的电电流流，灯灯泡泡和和电电线线都都要要发发热热，可可是是实实际际上上灯灯泡泡热热得得发发烫烫，电电线线的的发发热热却却觉觉察察不不出出来。这是为什么？来。这是为什么？烫手烫手不烫手为什么？为什么？着火了！为什么？为什么？ 家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾，家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾，这又是为什么？这又是为什么？烫烫手手不烫不烫手手家庭电路中使用功家庭电路中使用功率过大的用电器可率过大的用电器可能引起火灾。能引起火灾。灯泡接入电路中时，灯泡灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。电线的发热却觉察不出来。 要解释上述两个现象，我要解释上述两个现象，我们必须研究。们必须研究。 电流产生的热量与哪些因电流产生的热量与哪些因素有关。素有关。一、正比还是反比一、正比还是反比实验实验 电流热效应跟电阻的关系电流热效应跟电阻的关系实验器材实验器材 实验目的实验目的 研究电流通过导体产生的热量跟哪些研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关因素有关 实验原理实验原理 当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的煤油温度升高、体积膨胀，瓶塞使瓶中的煤油温度升高、体积膨胀，瓶塞上面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电上面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。流产生的热量越多，液面就会上升得越高。我们可以通过管中液面上升的高度比较电我们可以通过管中液面上升的高度比较电流产生的热量。流产生的热量。电源、开关、烧瓶、电流表、滑动变阻电源、开关、烧瓶、电流表、滑动变阻器器 、导管、适量煤油和足够导线、导管、适量煤油和足够导线两个相同的烧瓶中装满煤油两个相同的烧瓶中装满煤油分别放入电阻不同的电阻丝分别放入电阻不同的电阻丝通电后导管中的煤油上升。通电后导管中的煤油上升。在在通通电电电电流流和和通通电电时时间间相相同同的的条条件件下下，电阻越大，电流产生的热量越多。电阻越大，电流产生的热量越多。在电压和通电时间相同的条件下，电在电压和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越少。阻越大，电流产生的热量越少。12实验分析实验分析即即：电电流流相相等等时时，在在一一定定时时间间内内，导导体体产生的热量跟电阻成正比。产生的热量跟电阻成正比。即：电压相等时，在一定时间内，导体即：电压相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成反比。产生的热量跟电阻成反比。1. P=IU U=IRP=IU=IIR=I2R 在电流相同的情况下，电能转化成热能在电流相同的情况下，电能转化成热能时的功率跟导体的电阻成正比。时的功率跟导体的电阻成正比。 即即：在在电电流流相相同同时时，电电阻阻较较大大的的导导体体在一定时间内产生的热较多。在一定时间内产生的热较多。结论：结论：2. PUI I结论：结论： 在电压相同的情况下，电能转化在电压相同的情况下，电能转化成热能时的功率跟导体的电阻成反比。成热能时的功率跟导体的电阻成反比。 即：在电压相同时，电阻较大的即：在电压相同时，电阻较大的导体在一定时间内产生的热量较少。导体在一定时间内产生的热量较少。P=1.1.内内容容：电电流流通通过过导导体体产产生生的的热热量量跟跟电电流流的的平平方方成成正正比比，跟跟导导体体的的电电阻阻成成正正比比，跟跟通通电电时时间间成正比。成正比。 2.2.公式：公式：Q= I2Rt3.3.单位：单位：I- -安，安，R- -欧，欧，t- -秒，秒，Q- -焦。焦。注意：热量跟电流的平方成正比，若通过一注意：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个用电器的电流增加到3 3倍时，它产生的热量倍时，它产生的热量增大到增大到 倍。倍。9 英国物理学家焦耳英国物理学家焦耳做了大量的实验做了大量的实验, ,于于18401840年最先精确地确定电流产生的热量跟电年最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，即焦耳定律。流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。二、电流热效应的应用与控制 焦耳在1818年12月24日生于英国曼彻 斯特，他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心的学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。1840年，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流和电阻时的水温。通过这一实验，他发现：导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流的平方之积成正比。四年之后，俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果，从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性。因此，该定律称为焦耳楞次定律。焦耳活到了七十一岁。1889年10月11日，焦耳在索福特逝世。后人为了纪念焦耳，把功和能的单位定为焦耳。根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律。根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律。非纯电阻电路：非纯电阻电路：W总总总总Q ( (W总总总总UIt = =W外外外外Q) )Q = W = UIt = I2Rt根据欧姆定律根据欧姆定律U = IR又又 W = UIt若电流做的功全部用来产生热量即若电流做的功全部用来产生热量即Q = W注意：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算，对只存在电流热效应的电路也可用对只存在电流热效应的电路也可用Q =W = UIt = Pt = t来计算热量。来计算热量。纯电阻电路：纯电阻电路：W总总总总= =Q放放放放= =Pt=UIt= = t= =I2Rt根据焦耳定律可知，生活中用电器在工作时，会产生电热，怎样合理地应用电热和防止电热造成的危害呢？二、电流热效应的应用与控制电热的利用和防止电热的利用和防止1.1.电热器：利用电流来加热的设备。电热器：利用电流来加热的设备。主要部件：发热体（电阻率大、熔点高）主要部件：发热体（电阻率大、熔点高）应用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电孵化应用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电孵化器、电烙铁等等。器、电烙铁等等。2.2.电热的防止：电视机后盖的散热窗、电脑主电热的防止：电视机后盖的散热窗、电脑主机里面的小电风扇等等。机里面的小电风扇等等。1.1.焦耳焦耳定律是反映电定律是反映电流的流的 效应的效应的规律，即规律，即_转化为转化为 的规律。的规律。2.2.电流通过电风扇做功时电流通过电风扇做功时, , 能转化能转化为为_能和能和_ 能，如果电流做功能，如果电流做功3.63.610106 6J,J,电风扇获得的机械能一定电风扇获得的机械能一定 _ 3.63.610106 6J J。牛刀小试热热电能电能热能热能电电热热机械机械小于小于3. 3. 下列用下列用电器正常工作器正常工作时，要防止，要防止电流流热效效应的是的是( ) ( ) A A电灯灯 B B电视机机 C C电饭锅 D D电熨斗熨斗4. 4. 下列家用下列家用电器中，利用器中，利用电流流热效效应工作工作的是的是( ) ( ) A A电风扇扇 B B电饭锅 C C电冰箱冰箱 D D电视机机 BB课时练习课时练习1.电流通过导体时产生的热量跟电流通过导体时产生的热量跟_成正比，跟导体成正比，跟导体的的_成正比，跟成正比，跟_成正比，这个规律叫做焦耳成正比，这个规律叫做焦耳定律，数字定律，数字 表达式是表达式是_.2.电热器是利用电流的电热器是利用电流的_效应制成的，它的主要部件是效应制成的，它的主要部件是_.电流流过电热器所做的功全部用来产生电流流过电热器所做的功全部用来产生_.3.有两根金属电阻丝，电阻分别为有两根金属电阻丝，电阻分别为5和和15，将它们串联后，将它们串联后接在一个电源两端，它们的电接在一个电源两端，它们的电 压之比为压之比为_，在相同的时间，在相同的时间内产生的热量之比为内产生的热量之比为_； 如果将它们并联同一电源两极间如果将它们并联同一电源两极间，通过它们的电流之比为，通过它们的电流之比为_，在相等的，在相等的 时间内产生的热量时间内产生的热量之比为之比为_.电流的平方电流的平方电阻电阻通电的时间通电的时间Q=I2Rt热热发热体发热体 热量热量1 31 33 13 14.在两根横截面积相同、长度不同的镍铬合金线两端分别在两根横截面积相同、长度不同的镍铬合金线两端分别加上相同的电压，那么下列说法加上相同的电压，那么下列说法 中正确的是中正确的是( )A.长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多B.短的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多短的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多C.长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较少长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较少D.短的镍铬合金线电阻较小，相同时间内产生的热量较少短的镍铬合金线电阻较小，相同时间内产生的热量较少5.一根电阻丝接在电压一根电阻丝接在电压U=5V的电源上，在的电源上，在1s内产生的热量内产生的热量是是2J，要让该电阻，要让该电阻(其电阻大其电阻大 小恒定不变小恒定不变)产生产生8J的热量，的热量，可采用的办法是可采用的办法是( )A.使电源电压变为使电源电压变为10V，通电时间仍为，通电时间仍为1SB.使电源电压仍为使电源电压仍为5V，通电时间变为，通电时间变为2SC.使电源电压变为使电源电压变为20V，通电时间变为，通电时间变为 SD.使电源电压变为使电源电压变为10V，通电时间变为，通电时间变为2SCA6.有一种家用电熨斗的规格为有一种家用电熨斗的规格为“220V，300W”，这种电熨，这种电熨斗内部的电热丝的电阻是多少斗内部的电热丝的电阻是多少?如如 在额定电压下工作，在额定电压下工作，1min内产生的热量是多少内产生的热量是多少?【答案】【答案】161.3，1.8104J典型例题解析典型例题解析【例【例1】用电炉烧水时，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接着】用电炉烧水时，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接着铜导线却不怎铜导线却不怎 么热，这是为什么么热，这是为什么? 电炉的电阻丝和铜导线是串联在同一电路中的，所以通电炉的电阻丝和铜导线是串联在同一电路中的，所以通过的电流是相同的，时间也是相同的，根据焦耳定律过的电流是相同的，时间也是相同的，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当两导体中电流和通电时可知，当两导体中电流和通电时 间均相同时，电流产生的热间均相同时，电流产生的热量与导体的电阻成正比量与导体的电阻成正比.由于电炉的电阻丝的电阻比铜导线的由于电炉的电阻丝的电阻比铜导线的电电 阻大得多，所以电炉丝产生的热量比铜导线要大得多阻大得多，所以电炉丝产生的热量比铜导线要大得多. 【例【例2】一台电动机正常工作时线圈两端的电压为】一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈，线圈的电阻为的电阻为2 ，通过线圈的电流为，通过线圈的电流为10A.这台电动机正常工作时，这台电动机正常工作时，一秒钟消耗的电能为一秒钟消耗的电能为_J，产生的热量为，产生的热量为_J.3800200【例【例3】在如图】在如图9-3-1所示的电路的方框内有一种发热装置，它是由所示的电路的方框内有一种发热装置，它是由三段阻三段阻 值相同的电热丝组成，这个发热装置的电路与方框外的电路值相同的电热丝组成，这个发热装置的电路与方框外的电路相连接相连接.当开关当开关S掷到掷到A点时点时 为高温，掷到为高温，掷到B点时为低温点时为低温(电源电压不电源电压不变变)，且在相同时间内，高温时产生的热量是低，且在相同时间内，高温时产生的热量是低 温时产生的热量的温时产生的热量的2倍，试在方框内画出它的电路图倍，试在方框内画出它的电路图.【例【例4】现有甲、乙两只废旧电炉，分别标有】现有甲、乙两只废旧电炉，分别标有“220V，1000W” 和和“220V，500W”字样，其中电热丝均完好无损字样，其中电热丝均完好无损.某同学想利用某同学想利用这些电热丝来自制一个电热器接入照明这些电热丝来自制一个电热器接入照明 电路中使用，下列设想电路中使用，下列设想可行的是可行的是( )A.要使电热器的电功率为要使电热器的电功率为250W，只要将乙电热丝的一半接入，只要将乙电热丝的一半接入电路电路B.要使电热器的电功率为要使电热器的电功率为2000W，只要将乙电热丝分成等长的，只要将乙电热丝分成等长的两段并联后接入电路两段并联后接入电路 C.要使电热器的电功率为要使电热器的电功率为400W，只要将乙电热丝与一半长的，只要将乙电热丝与一半长的甲电热丝串联后接入电甲电热丝串联后接入电 路路D.要使电热器的电功率为要使电热器的电功率为750W，只要将两只电热丝各取一半，只要将两只电热丝各取一半串联后接入电路串联后接入电路C1.某同学自制了一个某同学自制了一个“电热驱蚊器电热驱蚊器”，它的发热元件是一，它的发热元件是一个阻值为个阻值为1.0104的电阻的电阻. 将这个电热驱蚊器接在电源的将这个电热驱蚊器接在电源的两端，当电源两端电压为两端，当电源两端电压为220V时，时，1min内产生的热量的内产生的热量的_J.2.一个标有一个标有“220V，500W”字样的电加热器字样的电加热器(俗称俗称“热得热得快快”)，正常工作，正常工作20分钟产生的热分钟产生的热 量为量为_焦焦.假若电假若电加热器放出的这些热量全部被水吸收，在标准大加热器放出的这些热量全部被水吸收，在标准大 气压下气压下 _(填填“能能”或或“不能不能”)将质量为将质量为2千克千克20的水加热的水加热至沸腾至沸腾.3.阻值为阻值为R的电热丝接到电压不变的电源上，的电热丝接到电压不变的电源上，3分钟可以使分钟可以使一杯水烧开，现换用阻值为一杯水烧开，现换用阻值为2 R的电阻，再接到此电源上，的电阻，再接到此电源上，_分钟可以使同样的一杯水烧开分钟可以使同样的一杯水烧开.290.4不能不能61056课时训练课时训练4.如图如图9-3-3所示，电源电压所示，电源电压220伏，伏，R是电烙铁，标有是电烙铁，标有“220V，40W”字样；字样；L是电灯泡是电灯泡 ，标有，标有“PZ22040”字样字样.当开关当开关S闭合时，电烙铁每分钟产生的热量是闭合时，电烙铁每分钟产生的热量是_焦，焦，当开关当开关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断断 开后，开后，整个电路工作整个电路工作_小时消耗小时消耗1千瓦电能千瓦电能.5.将规格分别为将规格分别为“220V，1000W”和和“220V，500W”的甲、的甲、乙两根电阻丝串联起来乙两根电阻丝串联起来 ，接入一电源两极，电源最大不能，接入一电源两极，电源最大不能超过超过_伏，此时，整个电路的最大功率伏，此时，整个电路的最大功率 是是_瓦瓦.748 502.410 310图图9-3-33956.研究焦耳定律的实验装置如图研究焦耳定律的实验装置如图9-3-4所示，在两个相同的烧瓶中装所示，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各放一根满煤油，瓶中各放一根 电阻丝，甲瓶中电阻丝的阻值比乙瓶中的电电阻丝，甲瓶中电阻丝的阻值比乙瓶中的电阻大阻大.实验分三步进行，其中第一步为：接通电实验分三步进行，其中第一步为：接通电 路一段时间，比较路一段时间，比较甲、乙两瓶中的煤油哪个上升得高，这一步是在什么情况下研究热甲、乙两瓶中的煤油哪个上升得高，这一步是在什么情况下研究热量跟哪量跟哪 个物理量的关系个物理量的关系?( )A.是在通电时间相同的情况下，研究热量跟电流的关系是在通电时间相同的情况下，研究热量跟电流的关系B.是在电流相同的情况下，研究热量跟通电时间的关系是在电流相同的情况下，研究热量跟通电时间的关系C.是在电流相同但电阻不同的情况下，研究热量跟通电时间的关系是在电流相同但电阻不同的情况下，研究热量跟通电时间的关系 D.是在电流和通电时间相同的情况下，研究热量跟电阻的关系是在电流和通电时间相同的情况下，研究热量跟电阻的关系D7.如图如图9-3-5所示，所示，a、b相同容器中分别装有相同质量相同容器中分别装有相同质量的水，水中的电阻丝的阻值分别的水，水中的电阻丝的阻值分别 为为R1和和R2，且，且R1R2，则闭分开关，则闭分开关S后，后，a、b容器中水温上容器中水温上 升较快的是升较快的是( )A. a容器中的水容器中的水B. b容器中的水容器中的水C. a、b容器中的水温上升的快慢一样容器中的水温上升的快慢一样D.无法判断无法判断B图图9-3-58.有一个标有有一个标有“220V，1000W”的电炉，想把它接在的电炉，想把它接在110V的线路上使用，同时又不改变原有的线路上使用，同时又不改变原有 的功率，其办法是的功率，其办法是( )A.把电炉的电阻丝截去一半把电炉的电阻丝截去一半B.用另一根和它相同的电阻丝串联用另一根和它相同的电阻丝串联C.用另一根和它相同的电阻丝并联用另一根和它相同的电阻丝并联D.把电炉的电阻丝截成相等的两段后再并联起来把电炉的电阻丝截成相等的两段后再并联起来9.在温度是在温度是20的的2400g的水里有一根阻值为的水里有一根阻值为10的电阻丝的电阻丝.若通过这根电阻丝的电流是若通过这根电阻丝的电流是10 A，需要多少时间才能把水，需要多少时间才能把水加热到加热到95(假设电阻丝放出的热量全部被水吸收假设电阻丝放出的热量全部被水吸收)?D【答案】【答案】756秒秒方法小结方法小结 对于用电器吸热量的计算，首先要分析该电器是非纯电阻对于用电器吸热量的计算，首先要分析该电器是非纯电阻性器件还是纯电阻性器件，初中阶性器件还是纯电阻性器件，初中阶 段研究的用电器大多为纯段研究的用电器大多为纯电阻性器件电阻性器件.对于非纯电阻性器件，电流产生的热量只能用对于非纯电阻性器件，电流产生的热量只能用Q=I 2Rt来计算，而纯电阻性器件则可用下列等式中任一个计来计算，而纯电阻性器件则可用下列等式中任一个计算热量：算热量：Q=I2Rt= W=UIt=U2/Rt=Pt.在很多情况下，计算纯在很多情况下，计算纯电阻性器件产生的电热问电阻性器件产生的电热问 题，可归结为用电器的电功率的计题，可归结为用电器的电功率的计算问题算问题(因为通电时间往往为已知因为通电时间往往为已知)，所以必须理解电，所以必须理解电 功率的功率的各个计算公式，以及串并联电路特性和欧姆定律各个计算公式，以及串并联电路特性和欧姆定律.至于将用电至于将用电器的电热问题与热学中器的电热问题与热学中 的热量问题相结合的题目，关键抓住的热量问题相结合的题目，关键抓住两者之间的联系，即有百分之多少电热被水或其他物质两者之间的联系，即有百分之多少电热被水或其他物质 吸收吸收了，然后分头求解即可了，然后分头求解即可. 课堂小结1.电热与与电阻的关系阻的关系（1）电流相等流相等时，在一定，在一定时间内，内，导体体产生的生的热量跟量跟电阻成正比。阻成正比。（2）电压相等相等时，在一定，在一定时间内，内，导体体产生的生的热量跟量跟电阻成反比。阻成反比。2.电热的的应用和控制用和控制（1）焦耳定律）焦耳定律（2）电热的的应用和控制用和控制Q =I2Rt