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新人教版九年级物理18.4焦耳定律

发布时间:2013-11-17 11:54:14  

第十八章 第4节

焦耳定律

生活中,许多用电器通电后,都伴有热现象产 生。请举例说明。

一、电流的热效应

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。

想想议议
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?

[设计实验]
讨论1.当一个物理量被猜测与多个因素有关,应用 什么 方法去研究? 答:控制变量法 讨论2.用什么方法和器材去观察那些不可见的物理 量? 答:转换法 电热—— 气体(或液体)受热膨胀,观察产生热
量的多少

实验中,通过观察U形管中液面高度的变化 来判断产生热量的多少,

实验过程与实验现象: (1)在电流和时间相同的情况下, 研究热量和电阻的关系; (2)在电阻和时间相同的情况下, 研究热量和电流的关系; (3)在电流和电阻相同的情况下, 研究热量和时间的关系;

演示实验
电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?
实验装置

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。

实验2:研究电热与电流关系
R=5Ω R=5Ω I1 R=5Ω I = 2I1

I A

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。

观察实验

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 焦耳

流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。

二、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:焦耳(J)

三、电能和电热关系
1.在纯电阻电路中(如:电暖器,电饭锅, 电炉子等),当电流通过导体时,电能全部转化为 内能,而没有同时转化成其他形式的能量,这样电 流产生的热量Q 就等于消耗的电能W,即 Q = W = UIt = I2Rt=Pt=

U t R

2

2.在非纯电阻电路中,如当电扇工作时,消 耗的电能主要转化为电机的机械能: 电能 内能+机械能
W>Q热
此时,只能用Q=I2Rt(焦耳定律)来计算电热

例题 1

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?
解:
U 36 V I= = = 0.6 A R 60 Ω

Q = I2Rt
=(0.6 A)2×60 W×300 s = 6 480 J
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。

想想议议
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,单位时间内产生的热量 越

多。二者似乎有矛盾,这是怎么回事?

答:前者说电阻越小,正常工作时单位时间内
产生的热量越多,前提条件是电压相同;而后者说,

电阻越大,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。

四、电热的利用和防止
1.电热的利用

利用电热孵化器孵小鸡
用来加热

电热器的优点: 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。

电热器
1.原理:利用电流的热效应来工作的。 2.核心部分:发热体,它是有电阻率大, 熔点高的材料制成的

3.电热器的电热和电功的关系
因为电热器中消耗的电能只用来发热,所以

电热Q=电功W

2.电热的危害

很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。 如: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散热等等。

电热的防止

电脑中的CPU在工作时要 产生热,如果过热就会损 坏芯片,所以要在芯片上 加装散热片和风扇.

课堂小结

焦耳定律 的实验和 内容

电热的利 用和危害

P102动手动脑学物理

1.某导体的电阻是2Ω,通过2A的电流时, 1min产生多少焦耳的热量? 解:Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J
若电流变为原来的2倍,其它条件不变,则 电热是原来的_______倍 4

2.一只额定功率是450w的电饭锅, 在额定电压下使用,每分钟产生多 少热量?
解:电饭锅是纯电阻电路
所以,Q=W=Pt=450W×60s=27000J

3.一只电烙铁的额定电压是220V,在 额定电压下工作时的电阻是1210Ω, 它的额定功率有多大?在额定电压下 通电10min产生多少热量?
解:

U额 (220 V) P额 ? ? ? 40 W R 1210 W
2

2

因为电烙铁消耗的电能全部用来发热,所以 Q=W=Pt=40W×10×60s=24000J

4.某校师生自制了一台电烘箱。电烘 箱的电阻丝通过5A的电流时,每分 钟可产生6.6×104J的热量。求这台 电烘箱的电功率和电阻丝工作时的 电阻。 4
W Q 6.6 ?10 J 3 解: P ? ? ? ? 1.1?10 W t t 60s
∵P=I2R

P 1.1?10 3 J ∴R ? 2 ? ? 44W 2 I (5A)

5.电流的热效应有时对我们有益,我 们利用它;有时对我们有害,需要 减少电流导致的发热,或者尽快把 发出的热散发掉。
(1)列举两个生活或者生产中利用电流热效应的实例 电热毯、电烙铁、电饭锅、电热孵化器等 (2)列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生 危害而采取的措施 电脑主机有风扇散热;电视机上的散热窗、 电动机外壳有许多散热片

6.在家庭电路中,有时导线长度不够 ,需要把两根连接起来,而连接处 往往比别处更容易发热,加速老化 ,甚至引起火灾。这是为什么?
答: 根据公式P=I2R可知,在电流相等时, 电阻

越大,电功率越大。导线相互连接 的位置接触电阻比较大,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,加速老化甚至引起火灾

例题 2

有一电动机,它正常工作时的电 阻为5Ω,电流为5A,正常工作的 电压为220V,通电10min,电动机 消耗的电能为多少?产生的热量为 多少?有多少电能转化为机械能?

解:消耗的电能:

W= UIt =220V×5A×600s=6.6×105J
电热Q = I2Rt =(5A)2×5Ω×600s=7.5×104J 转化为的机械能:E机=W-Q=6.6×105J -7.5×104J =5.85×105J


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