第4节 焦耳定律 生活中的物理 情景引入：电脑使用一段时间后，用手触摸主机有什么感觉？为什么？电脑后面有一些小孔，而且有时能听到风扇转动的声音，小孔和风扇起什么作用？ 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。 请举例说明。 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。 一、电流的热效应 利用电流的热效应来加热的设备：_____ 电热器 电热水器 电热水壶 电炉 电烤箱 电饭锅 电热取暖器 这些用电器工作时有什么共同特点？ 电饭锅 电烙铁 热得快 电热毯 电炉子 电熨斗 常见电热器： 电炉丝和导线通过电流相同，为什么 电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 观察思考 提出问题： 猜想： 电流的大小 导体电阻的大小 通电时间 [设计实验] 讨论1：当一个物理量被猜测与多个因素有关，应该用 什么方法去研究？ （控制变量法） 讨论2：实验中通过观察什么现象来比较电流产生的热量的多少？这种研究方法叫什么法？ （转换法） 实验 装置 当电流通过电阻丝时，电流产生 的热量就使瓶中的空气温度升高、 体积膨胀，导管里面原来一样高的 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. 实验中，通过观察_____ 来比较电流产生的热量的多少. 管中液面上升的高度 实验1：研究电热与电阻关系 R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω A 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。 现象：电阻较大的这边的液柱上升较高． 结论： 控制不变的量是：_____ _____ 电流 通电时间 实验2：研究电热与电流关系 I = 2I1 I A R = 5 Ω R = 5 Ω R = 5 Ω I1 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，这个电阻产生的热量越多。 现象：电流较大的这边的液柱上升较高。 结论 控制不变的量是：_____ _____ 电阻 通电时间 实验3：研究电热与通电时间的关系 现象：给同一个电阻通电的时间越长，液柱上升较高。 结论： 在电流、电阻相同的情况下，通电的时间越长，这个电阻产生的热量越多。 焦耳（James Prescott Joule， 1818—1889），英国物理学家。用 近 40 年的时间做了 400 多次实验， 研究热和功的关系。通过大量的实 验，于 1840 年最先精确地确定了电 流产生的热量与电流、电阻和通电 时间的关系。 焦 耳 焦耳定律 Q = I? R t 热量 电流 电阻 时间 J A Ω S 2.公式： 意义： 单位： 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。 焦耳 (1818－1889) 二、焦耳定律 当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即 Q = W = UIt = I2Rt (如：电暖器，电饭锅，电炉子等) 当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能： W＞Q热 3、电能和电热关系 电能 内能+机械能 此时：Q=W=Pt=UIt = U 2 R t 我们学了焦耳定律，怎样回答前面的问题？ 4.应用解释：导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？ 答：电炉通过导线接到电路中，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等，但电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt知，电流相等时，电阻大的，相同时间里放出的热较多，所以电炉丝很热，而导线却不热。 Q = I2Rt =(0.6 A)2×60 W×300 s = 6 480 J 一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量? 答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。 解: 5.例题解答： I = = = 0.6 A U R 36 V 60 Ω 额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单 ... ...
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