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2013新人教版九年物理18.4焦耳定律

发布时间:2013-12-01 15:32:35  

第十八章 电功率
第四节 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
1、电流有三大效应: ①电流的热效应;②电流的磁效应;③电流的光学效应。 2、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。 3、任何用电器,只要有电阻的存在,电流通过时都会有 热效应产生;如果电阻为零(如超导体),则没有电流 的热效应产生。

一、电流的热效应
4、两类用电器:

①纯电阻电器:电流通过导体时将电能全部转化为热能的用
电器,如电饭煲、电炉、电熨斗、电热水器、电褥子等; ②非纯电阻电器:电流通过导体时只有部分电能转化为热能 的用电器,如电风扇、电动机、电脑、电视机等。这类用电 器除了部分电能转化为热能外,大部分电能转化为其他形式

的能。

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?

提出问题:
电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?
实验装置

? ? ? ? ? ?

现象一:电炉丝通电能产生热。

猜想一:电阻丝产生的热量同电流有关 现象二:电阻丝通电的时间越长产生的热量越多。 猜想二:电阻丝产生的热量同通电时间有关。 事 实:电阻丝的材料是镍铬合金丝,导线材料是铜。 猜想三:导体通电时产生的热量多少与导体的电阻大小有关。

实验方法:

由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行 观察比较,实验中怎样将它变为便于直接观察比较的 现象呢?我们又该采用哪种研究方法呢?

实验1:研究电阻大小对电热的影响
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:研究电流大小对电热的影响
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。

(2)研究电流大小对产生热量的影响

实验3:研究通电时间对电热的影响

? 要研究电流对产生热量的影响,应该控制 ? 电流 和 电阻 不变,改变 通电时间 。

在电阻相同、通过一个电阻的电流相同的情况 下,通电时间越大,这个电阻产生的热量越多。

在电流和时间相同时,电阻越大, 电流产生的热量越多. 在电阻和时间相同时,电流越大, 电流产生的热量越多.

在电流和电阻相同时,通电时间 越长,电流产生的热量越多.

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 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)

4.电流产生热量的其他表达式

U t= U 2 t Q=W=Pt=UIt=U —— ———

R

R

电功和电热的关系( W和Q的关系)

①在电热器电路 (只有电阻的电路)中:(电能几乎 全部转化为内能) W = Q (W= UIt) =(Q=I2Rt) ②在其他电路中:(如电流通过电动机做功时,大部分 电能转化为机械能)

W >

Q

(W= UIt) > (Q=I2Rt)

灯泡接入电路中,灯泡和 电线中流过相同的电流,它 们都要发热,实际上灯泡热 得发光,电线的发热却觉察 不出来。这是为什么?

接入更多大功率的用电 器时,电线将显著发热,会 烧坏它的绝缘皮,甚至引起 火灾。这又是为什么?

三、电能和电热关系
1.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。 2.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

例题

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。

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。

课堂小结

焦耳定律 的实验和 内容

电热的利 用和危害

随堂检测
? 一个20Ω的电阻,通过0.5A的电流2min,电 阻上消耗的电能是_____,释放热量为___. ? 一个电阻通过0.2A的电流5min,电阻上产生 的热量为600J.这个电阻的阻值是___ Ω ? 一个200Ω的电阻通电2min,电阻上消耗的电 能是4.5×104J,则通过电阻的电流是___. ? 一个40Ω的电阻,通过0

.3A的电流,则通电 ______min释放热量为2160J.

随堂检测

两个电热器的电阻之比为4︰3,通 过相同的电流,在相等的时间里产 生的热量之比为_____;若两个电 4︰3 热器的电阻相同,通过的电流强度 为1︰3,在相等的时间里产生的热 量之比为______。 1︰9

随堂检测
当0.2安的电流通过一金属线时产生的 热量为Q1,若使通过的电流增加到0.4 安时,在相同的时间内产生的热量为Q2, 那么Q2是Q1的 ( ) B A、2倍 C、0.25倍 B、4倍 D、0.5倍

随堂检测
两根长度相同,粗细不等的镍铬合金电阻 丝,串联以后接入电源两端,在相同的 时间内电阻丝上的放热情况是( C ) A、两根一样多 B、粗的一根较多 C、细的一根多 D、缺少条件,无法判断

随堂检测

一根60Ω的电阻丝接在 36V的电源上,在5min 内产生多少热量?

bye bye
END

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