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第4节焦耳定律

发布时间:2014-01-03 16:43:27  

第十八章 电功率
第四节 焦耳定律

想一想
生活中,许多用电器接通电源后,都 伴有热现象产生,用电器散发的热 是从哪里来的呢?

灯泡接入电路中时,灯泡和电线中流过

相同的电流,灯泡和电线都要发热,可
是实际上灯泡热得发光,为什么电线的

发热却觉察不出来?
电路中接入大功率的电炉,电线将显著

发热,有可能烧坏它的绝缘皮,甚至引
起火灾,这是为什么?

一、电流的热效应 电流通过导体时电能转化成热能,这 个现象叫做电流的热效应。

『演示实验』 探究:电流产生的热和哪些因素有关

方法:控制变量法

『演示实验』
两瓶中的金属丝串联起 来(RA?RB)接到电源上,

通电一定时间后,观察:
两个烧瓶中煤油(质量 相等)温度变化的快慢 一样吗?

思考:为啥不用水来做实验?

结论:在电流、通电时间相同的情 况下,电阻越大,产生的热量越多。

在通电时间相同的情况 下,分别给一个烧瓶中的镍 铬合金丝通入大小不同的电

流,产生的热量多少相同吗?

结论:在通电时间一定、电阻相同

的情况下,通过电流大时,镍铬合
金丝产生的热量多。

二、焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验,于 1840年最先精确地确定了电流产生的 热量跟电流、电阻和通电时间的关系:

焦耳定律: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

Q=I Rt 电流通过导体时,如果电能全部转

2

化为热能,而没有同时转化为其他
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(纯电阻电路)

单位统一:(都用国际单位) 公式中电流 I 的单位要用安培, 电阻 R 的单位要用欧姆,通电时间t 的单位要用秒,这样热量 Q 的单位就 是焦耳。

例题:一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上, 在5min内共产生多少热量? 解:I=U/R=36V/60Ω=0.6A 2 2 Q=I Rt=(0.6A) ×60Ω×300SJ=6480J

焦耳定律可以根据电功的公式和欧姆定律的公 式推导出来。 证明:电流通过导体时,如果电能全部转化为

热能,而没有转化为其他形式的热量,也就是
电流所做的功全部用来产生热量,那么,电流 产生的热量 Q 就等于电流所做的功W,即 Q = W = U I t,再根据欧姆定律 U = IR,就得到 Q =I R t。
2

对焦耳定律的理解
(1)焦耳定律定量地描述了电 能向热能转化的规律, 用公式Q 2 = I Rt 来表示,适用于任何电 路。

(2)Q = W = UIt = =Pt,这里的条 件是电功全部用来产生电热,上述公式 才成立,所以,它们只适用于纯电阻电 路。在纯电阻电路中,在不同的情况下, 选用不同的公式去解决问题会更简便。


、电热的利用和防止
利用:生活中和许多产业中都要用到电热。家里 的电热水器、电饭锅、电熨斗,养鸡场的电热孵 化器,都是利用电热的例子。

电热器:利用电来加热的设备,电炉、电烙铁、 电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见的电热器。 大 主要组成部分:发热体,发热体是由电阻率____, 高 熔点______的电阻丝绕在耐高温的绝缘材料上做

成的。 电热器的优点:利用电热器清洁卫生,没有环 境污染,热效率高,还可以方便地控制和调节
温度。

防止:很多情况下我们并不希望用电器的温度过

高。电视机的后盖有很多孔,就是为了通风散热,
使用时一定要把防尘的布罩拿开。电视机的 外壳有很多翼状散 热片,使用时与轴 相连的扇叶,也是

为了降温。

电流的热效应:电路通过导 体时电能转化成热,这个现 象叫做电流的热效应。 焦耳定律 电流的利用和防止

1、下列电器中,利用电流热效应的是(

B )

A、电动机 C、电风扇

B、电饭锅 D、电视机

2、电风扇、白炽灯、电烙铁三个用电器上都 标有“220V,60W”字样,正常工作时,相同 的时间产生的热量 A、电风扇最多 (

C



B、白炽灯最多

C、电烙铁最多

D、三者一样多

3、在验证焦耳定律的实验中,为了比较电流通 过两根不同的电阻丝产生的热量跟电阻的关系,

实验时保持相同的物理量是(

C



A、通过它们的电流和加在它们两端的电压
B、通过它们的电流和它们的电阻

C、通过它们的电流和通电时间
D、通过它们的电流、加在它们两端的电压和通 电时间

4、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?
连接处电阻较大,在相同时间内产生热量更多

5、有两个电阻丝R1、R2如何使水烧开 的更快? 应将两电阻丝并联起来使用,因为家 庭电路的电压是一定的(220V),要 想烧水快,电阻最小,应并联。

焦耳的故事
19世纪初,一个早晨,英国一家酿酒厂的老板

带着他的两个儿子,来到著名科学家道尔顿的家里,
恳求道尔顿教这两个孩子学习科学知识。那个年龄

较小、机智活泼的孩子,名叫詹姆斯?焦耳。



尔顿是位严格的老师。开始,他并没有给孩子们讲

授物理和化学的原理,而是讲了许多高深的数学知
识。 “讲这些枯燥的数学有什么用?若能讲讲那

(接上页)些有趣的电学实验该多好!”焦耳有些不
耐烦了。

好不容易盼到了放假,焦耳和哥哥一同去旅游。
他找来一匹跛马,让哥哥牵着,自己却悄悄躲在后

面,用伏打电池将电流通到马身上,想要试验动物
对电

流的反应。结果,跛马受到电击狂跳起来,差

一点出了事。

(接上页)他们又划船来到青山环绕的湖上。焦耳
决定试试这里的回声有多大。他在枪口里塞入大量

的火药,然后扣动扳机。谁知枪声大作,“呼”地
一声,喷出一股长长的火焰,烧光了焦耳的眉毛,

还把哥哥吓得差点落进水里。
后来,他们又兴致勃勃地爬上一座高山。只见

远处浓云低垂,隐约能看到闪电,然后才听到滚滚

(接上页)的雷声。这是怎么回事?焦耳用怀表认真
记录下从闪电开始到听到雷声的时间。

开学后,焦耳把自己做的试验都告诉了老师。道尔
顿笑了,说:“这些实验中,只有最后一次你做对

了。”他谆谆告诫焦耳:人们只要掌握了光的速度
和声的速度,就可以从看到闪电到听到雷声的时间,

推断出闪电发生在相距多远的地方。

(接上页)焦耳听了很惊异:“难道枯燥的数学中

会藏着这么多学问?”道尔顿举了许多例子开导他,
真正的科学实验是不能只观察现象的,它必须有精

密的测量,并学会用数学知识从测量的数据中总结
出规律。 焦耳顿开茅塞,从此,他开始注重理论学习和 精密的测量了。经过这样不懈的努力,他终于成为 世界闻名的物理学家。


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