1、1.6 电流的热效应 学习目标定位 1.知道电流热效应的决定因素，学习用实验方法研究导体通电时发热的规 律.2.理解焦耳定律的内容，并能用焦耳定律解决一些实际问题 一、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、导体的电阻、通电时间成正比这 个规律叫做焦耳定律 2公式：如果用 Q 表示热量，用 I 表示电流、R 表示导体的电阻，t 表示通电的时间，焦 耳定律可以用 QI2Rt 表示 二、热功率 1定义：在物理学中，把电热器在单位时间消耗的电能叫做热功率如果一个电暖器在时 间 t 内产生的热量为 Q，那么，它的热功率为 P I2R. Qt 2单位：在国际单位制中，热功率的单位是瓦特
2、，简称瓦，符号是 W. 三、白炽灯 1白炽灯的工作原理是利用电流的热效应，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发 光 2以美国发明家爱迪生和英国化学家斯旺为代表的一批发明家，发明和改进了电灯. 一、电阻和电流的热效应 问题设计 阅读教材，思考并回答下列问题： 1教材在研究电阻与电流的热效应关系时采用了先猜想后实验的研究方法，在实验中研究 影响热效应的几个因素时，应用了什么研究方法？ 2安装在电路中的保险丝是根据什么原理设计的，它的作用是什么？ 答案 1.控制变量法.2.电流的热效应，保护电路 要点提炼 1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、导体的电阻、通电时间成正比
3、即 QI2Rt. (2)应用：根据电流的热效应制成各种电热器，如电热水器、电熨斗、电热毯等 2电功率：单位时间内电流所做的功叫做电功率公式：PW/tIU，单位：瓦(W) 3热功率：电热器在单位时间内消耗的电能叫做热功率公式：PQ/tI2R. (1)电动机：电能主要转化为机械能，少部分转化为内能，电功率大于( 填“大于”、 “等于”或 “小于”)热功率 (2)电热器：电能全部转化为内能，电功率等于热功率 各种电热器上都有铭牌，上面标明的额定功率就是它的热功率 4额定功率是指用电器正常工作时的功率，这时加在用电器两端的电压叫额定电压，通过 用电器的电流叫额定电流 二、电功和电热的关系 问题设计 有
4、的用电器消耗电能直接转化为内能，有的用电器消耗电能大部分转化为机械能，部分转 化为内能怎样理解纯电阻和非纯电阻电路？ 答案 所谓纯电阻电路，就是电路消耗的电能全部转化为内能的电路，则有：WQ，即 有 IUtI2Rt，进而得出 U IR.所以欧姆定律适用于纯电阻电路计算该电路消耗电能的 公式和计算在相同时间内产生热量的公式是相同的，可为：WUItI2Rt t.同理可得， U2R 电功率和热功率关系为：PUI I2R . U2R 所谓非纯电阻电路，就是电路消耗的电能只有一部分转化为内能，另一部分转化为其他形 式的能，则有：WQ.即有 UItI2Rt，进而得出：UIR，所以欧姆定律不适用于非纯电阻
5、电路所以计算该电路消耗电能的公式只能用 WUIt；计算在相同时间内产生热量的公式 只能用 WI2Rt. 而公式 WUIt t 不再成立 U2R 要点提炼 1从能量转化的角度来看电功与电热的关系：(1)纯电阻电路把消耗的电能全部转化成了 内能；(2)非纯电阻电路把消耗的电能一部分转化成了内能，另一部分转化为其他形式的 能 2公式适用的范围 (1)在计算消耗的电能、电功及电功率时，EWUIt，PUI 对所有的用电器都适用； (2)在计算产生的电热和热功率时，Q I2Rt ，PI2R 对所有的用电器都适用； (3)只有纯电阻电路 QW ，这些公式才通用；对非纯电阻电路 WQ，这些公式不能通用； 欧姆
6、定律只适用于纯电阻电路 延伸思考 你能说明电风扇在工作时的能量转化情况吗？ 答案 电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能 三、白炽灯和节约用电 要点提炼 1白炽灯 (1)原理：利用电流的热效应，使通电的灯丝温度升高，达到白热，从而发光，这就是白炽 灯的发光原理 (2)能量转化：白炽灯工作时，电能先转化为内能，一部分内能再转化为光能 2节约用电的途径 (1)家电不要待机； (2)换用节能灯 一、焦耳定律 例 1 通过电阻 R 的电流为 I 时，在时间 t 内产生的热量为 Q，若电阻为 2R，电流为 时， I2 则在时间 t 内产生的热量为( ) A4Q B2Q C. D. Q2 Q4 解析
7、由功率公式 PI2R，则 QI2Rt，Q( )2(2R)t t，所以 Q ，只有选项 C I2 I2R2 Q2 正确 答案 C 针对训练 一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同的 时间内( ) A电炉放热和电动机放热相等 B电炉两端的电压大于电动机两端的电压 C电炉两端的电压等于电动机两端的电压 D电动机消耗的功率大于电炉的功率 答案 AD 解析 由于电炉与电动机的电阻相等，电流也相等，由 QI2Rt 得，相同的时间内放热相 等，选项 A 正确；由于电动机消耗的电能有一部分要对外做功，所以电动机消耗的功率大 于电炉的功率，由 P 机U 机 I，P 炉U 炉 I 知，
8、U 机 IU 炉 I，所以电动机两端的电压 大于电炉两端的电压，因此选项 B、C 错误，选项 D 正确 二、电功和电热 例 2 下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 BW UIt 适用于任何电路，而 WI2Rt t 只适用于纯电阻电路 U2R C在非纯电阻电路中，UII2R D焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路 解析 电功率公式 P ，功率越大，表示电流做功越快对于一段电路，有 PIU，I Wt ，焦耳热 Q( )2Rt，可见 Q 与 P、U、t 都有关，所以 P 越大，Q 不一定越大，A 错； PU PU WUIt 是电
9、功的定义式，适用于任何电路而 I 只适用于纯电阻电路，则 WI2Rt UR t 也只适用于纯电阻电路，B 正确；在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形 U2R 式的能，所以 WQ，即 UII2R，C 正确；Q I2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路， D 正确 答案 BCD 针对训练 一台直流电动机的额定电压为 U，额定功率为 P，电动机内电枢导线的电阻为 R，那么它正常工作时的电流是( ) A等于 U/R B等于 P/U C大于 U/R D大于 P/U 答案 B 解析 由于电动机电路不是纯电阻电路，UIR，所以选项 A、C 不正确电动机的额定功 率 P 是电动机的输出功率 PIU ，所
10、以 I ，故选项 D 不正确，选项 B 是正确的. PU 1(对电流热效应的理解)下列用电器的工作原理是利用电流的热效应的是 ( ) A电烙铁 B电炉子 C电磁炉 D微波炉 答案 AB 解析 电烙铁、电炉子是电流通过电热丝而发热，是利用了电流的热效应，故 A、B 正确； 电磁炉是利用交变电流产生交变的磁场，从而在锅体中产生涡流而发热；微波炉的工作原 理是电流在微波管中产生了电磁波(微波) ，微波使水分子高速振荡而加热食物，所以 C、D 项错 2(焦耳定律的理解)为了使电炉消耗的电功率减小到原来的一半，应采取下列哪些措施 ( ) A保持电阻不变，使电流减半 B保持电阻不变，使电压减半 C保持电炉
11、两端电压不变，使其电阻减半 D使电压和电阻各减半 答案 D 解析 电阻一定时，使电流减半，由 PI2R 知，电功率减为原来的 ，可见 A 项错；同理， 14 使电压减半，由 P 知，电功率也减为原来的 ，故 B 项错；当电压不变，电阻减半时， U2R 14 由 P 知，电功率变为原来的 2 倍，可见 C 项错；由 P 知，当 U 和 R 各减半时， U2R U2R 电功率变为原来的 ，可见 D 项正确 12 3(电功和电热的关系)有一只小型直流电动机和一只白炽灯，它们的铭牌上都标有 “220 V 40 W”的字样，现将它们并联接在电源电压为 220 V 直流电路中，当电路接通后( ) A在相同的时间内发出的热量相同 B在相同的时间内消耗的电能相同 C对它们来说 IUI2R 都是成立的 D对电动机来说 IUU2/R 不成立 答案 BD 4(焦耳定律的应用)一电热壶工作状态下电热丝电阻为 44 ，通过电流为 5 A，要使 3 升 水由 20 升温到 100 ，需多少时间？(已知电热壶工作时的效率为 80%，水的比热为 4.2103 J/kg，水的密度为 1103 kg/m3) 答案 19 min 解析 设所用时间为 t，则有 I2Rt80%cmt cVt 故 tcVt/(I2R80%) s 4.21031103310 3100 2052440.8 1 145 s19 min.
