初三物理人教版知識導(dǎo)學(xué)焦耳定律（基礎(chǔ)）知識講解

1、焦耳定律（基礎(chǔ)）撰稿：肖鋒 審稿：雒文麗【學(xué)習(xí)目標】1、知道電流的熱效應(yīng)；2、理解焦耳定律，知道電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關(guān)；3、知道電熱的利用和防止。【要點梳理】要點一 、電流的熱效應(yīng)1定義：電流通過導(dǎo)體時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。2影響電流的熱效應(yīng)大小的因素：導(dǎo)體通電時，產(chǎn)生熱的多少與電流的大小、導(dǎo)體電阻的大小和通過時間有關(guān)。通電時間越長，電流越大，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。要點詮釋：電流通過導(dǎo)體時，電流的熱效應(yīng)總是存在的。這是因為導(dǎo)體都有電阻。導(dǎo)體通電時，由于要克服導(dǎo)體對電流的阻礙作用，所以要消耗電能，這時電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。如果導(dǎo)體的電阻為零，電流通過導(dǎo)體時，不

2、需要把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這時電能在導(dǎo)體中傳輸時也不會因發(fā)熱而損失。3. 探究影響電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量的因素（1）電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系如圖18.4-2所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。 兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩段電阻絲的電流相同。通電一定時間后，比較兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么? 實驗表明：在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。（2）電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系如圖18.4-3所示，兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其

3、中一個容器的外部，將一個電阻和這個容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，因此通過兩容器中電阻的電流不同。在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現(xiàn)象說明了什么? 實驗表明：在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產(chǎn)生的熱量越多。要點二、焦耳定律1內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時間成正比。這個規(guī)律叫焦耳定律。2公式：Q=I2Rt要點詮釋：焦耳定律的另外兩個表達式:1. 從公式我們能看出，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量受電流的影響最大。2. 在應(yīng)用焦耳定律的表達式來解決問題時，應(yīng)該根據(jù)具體情況進行分析選用，例如，當幾個導(dǎo)體串聯(lián)起來時，由

4、于通過導(dǎo)體的電流相等，通電時間也相等，應(yīng)用表達式分析，此時導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻R成正比；當幾個導(dǎo)體并聯(lián)起來時，由于加在導(dǎo)體兩端的電壓相等，通電時間也相等，應(yīng)用表達式分析，此時導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻成反比。3. 幾個公式的比較電功 電功率 焦耳定律 適用范圍 基本公式 W=UIt 普遍適用 導(dǎo)出公式 純電阻電路W=Q 4. 只有在純電阻電路中可以用電功公式計算電熱。因為在純電阻電路中，電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量，此時電功等于電熱，即W=Q。而在非純電阻電路中，電流所做的功只有一部分用來產(chǎn)生熱量，如電動機工作時，既產(chǎn)生熱量又產(chǎn)生機械能，電功等于熱量與機械能之和，即WQ，故此時就不能用電功的公式來計算

5、電熱了。要點三、電熱的利用和防止 1. 電熱的利用:日常生產(chǎn)、生活中會經(jīng)常用到電熱，如家用的熱水器、電飯煲等，這些都是用電來加熱的設(shè)備，叫電熱器。要點詮釋：這些用電器的共同特點就是利用電流做功，將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，使我們獲得需要的熱量。有些電器通電時也能產(chǎn)生熱量，但是由于不是用電來加熱的，所以不能叫電熱器(如電視機、電腦等)。 2. 電熱的危害:很多情況下，電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量，并不是我們需要的，這時電能白白消耗掉了，有時還會引起事故甚至災(zāi)害，所以要想辦法阻止電熱的產(chǎn)生。要點詮釋：我們說的電熱的危害是對于我們的需要來說的，如果產(chǎn)生的熱量是我們需要的，那對我們是有利的，反之就是有害的，如:電視

6、機在工作時產(chǎn)生的熱量，在正常觀看時是有害的，但當電視機長時間不用時，我們可以利用電熱來驅(qū)潮，這時的電熱是有利的。電熱器在工作時產(chǎn)生的熱量如果過多，也會帶來危害，所以我們在正常使用電能產(chǎn)生的熱量時，也要注意安全?！镜湫屠}】類型一、基礎(chǔ)知識1、電熨斗通電一段時間后變得很熱，而連接電熨斗的導(dǎo)線卻不怎么熱，這主要是因為( ) A導(dǎo)線的絕緣皮隔熱 B導(dǎo)線散熱比電熨斗快 C通過導(dǎo)線的電流小于通過電熨斗的電流 D導(dǎo)線的電阻遠小于電熨斗電熱絲的電阻【思路點撥】電熨斗和導(dǎo)線串聯(lián)，通過的電流和通電時間相同，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，電阻越大電流產(chǎn)生的熱量越多，據(jù)此分析判斷?！敬鸢浮緿【解析】根據(jù)焦耳定律Q=

7、I2Rt，導(dǎo)體在電路產(chǎn)生熱量的多少取決于電流、電阻和通電時間，電熨斗與導(dǎo)線在電路中是串聯(lián)的，電流相等，通電時間也相同，而由于電熨斗的電阻比導(dǎo)線的電阻大得多，通電一段時間后電熨斗很熱，而導(dǎo)線卻不怎么熱，故選項D正確?！究偨Y(jié)升華】導(dǎo)體在電路產(chǎn)生熱量的多少取決于電流、電阻和通電時間。舉一反三：【變式】某導(dǎo)體通過1A的電流時，在某一段時間內(nèi)放出的熱量是4J，如果通過它的電流增加到2A，在相同的時間內(nèi)放出的熱量是()8J16J32J D.64J【答案】B【解析】由于Q=I2Rt可知在t、R一定時，Q與I2成正比，電流變?yōu)樵瓉淼?倍時，Q變?yōu)樵瓉淼?倍。 2、小強同學(xué)為了探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)

8、系”，設(shè)計了如圖所示的實驗(甲、乙兩個相同的燒瓶里裝滿煤油，玻璃管內(nèi)液面相同)。 (1)電阻絲甲與乙采用串聯(lián)的連接方式，其目的是_。(2)已知電阻絲的阻值R甲R乙，通電一段時間后，_燒瓶中的玻璃管液面上升較高。(3)我們保持電源的電壓不變，利用該實驗裝置還可以探究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與_的關(guān)系(寫出一種即可)。(4)上述實驗中，用到的科學(xué)方法主要是“控制變量法”，請你另舉一個平時學(xué)習(xí)過程中用到這種方法的實驗名稱：_?！敬鸢浮?1)使甲和乙的通電時間和通過的電流相同；(2)甲； (3)電流大小(或通電時間) ； (4)探究電流與電壓和電阻的關(guān)系。(或探究電阻大小與哪些因素有關(guān)的實驗等)【解析】電流

9、通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的大小、通電的時間、導(dǎo)體電阻的大小都有關(guān)，當我們探究產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系時，要使電流與通電時間相同，把兩個電阻串聯(lián)能很好地達到這一要求；當電流和通過時間相同時，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多，所以在通電一段時間后，甲中液面升得更高；在這一裝置中，我們還可以通過滑動變阻器的滑片改變電路中的電流，以某一個電阻為對象還可以探究產(chǎn)生的熱量與電流或熱量與電流通電時間的關(guān)系；(4)我們在前面探究電阻的大小與哪些因素有關(guān)、電流與電壓和電阻的關(guān)系等實驗時都用到了控制變量法。【總結(jié)升華】當我們在探究影響某物理量大小的因素時，常使其他的相關(guān)量保持相同，這種方法稱為控制變量法。學(xué)習(xí)物理的過程中，

10、我們在很多的探究過程中都會用到這種方法。類型二、知識運用3、電動機是將電能轉(zhuǎn)化成機械能的機器，但由于線圈內(nèi)部有電阻，所以同時還有一部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。若一臺玩具電動機接在6 V的電源兩端，使其正常轉(zhuǎn)動時，通過電動機中的電流為0.3 A；短暫地卡住電動機轉(zhuǎn)動軸，使其不能轉(zhuǎn)動，通過電動機中的電流為3A。則這臺電動機線圈的電阻為_，正常轉(zhuǎn)動時的效率是_。 【思路點撥】當電動機正常轉(zhuǎn)動時，消耗的電能（總功）轉(zhuǎn)化為機械能（有用功）和內(nèi)能（額外功），轉(zhuǎn)化的內(nèi)能可用焦耳定律Q=I2Rt來計算，此時的電動機電流、電壓、電阻關(guān)系不適用歐姆定律。當電動機被卡住時，消耗的電能就全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時的電動機電流、電壓

11、、電阻關(guān)系適用于歐姆定律?！敬鸢概c解析】 【總結(jié)升華】本題關(guān)鍵在于電動機不是個純電阻，所以對電動機正常轉(zhuǎn)動和卡住不轉(zhuǎn)的分析計算是不同的，這個需要同學(xué)們注意。舉一反三：【變式】（2013西寧）如果電視機，電烙鐵和電風(fēng)扇上都標有“220V，60W”的字樣，它們都在額定電壓下，工作相同的時間，三個用電器產(chǎn)生的熱量是（）A電視機最多 B電烙鐵最多 C電風(fēng)扇最多 D一樣多 【答案】B【解析】三個電器功率一樣，即它們消耗的電能一樣；電視機主要是把電能轉(zhuǎn)化為聲能和光能，電風(fēng)扇主要是把電能轉(zhuǎn)化為機械能，只有電烙鐵全部將電能轉(zhuǎn)化為熱量。4、某電熱水器的工作原理如圖所示，(已知兩電阻絲的阻值相等，電源電壓保持不變

12、)，它有加熱和保溫兩個工作狀態(tài)。當開關(guān)S1接b ，S2斷開時，它處于_狀態(tài)。此時電路功率為P1，當開關(guān)S1接a ，S2閉合時，它處于_狀態(tài)，此時電路功率為P2，則P1:P2= _.【答案】保溫；加熱；1:4【解析】當開關(guān)S1接b，開關(guān)S2斷開時，兩個電阻串聯(lián)在電路中，這時電路中的電阻最大，電流最小，電熱水器處于保溫狀態(tài)，電路的功率；當開關(guān)S1接a，S2閉合時，兩個電阻并聯(lián)，電路的電阻最小，電流最大，電熱器處于加熱狀態(tài)，這時電路的功率，所以P1:P2=1:4?！究偨Y(jié)升華】電熱器是利用電來加熱的設(shè)備，工作時將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。有的同學(xué)根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt認為電阻越大，放熱越多，這是錯誤的，因為在各種連接情況下，電流大小是不等的。計算電能通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量時，我們要先識別電路的連接方式和工作狀態(tài)，然后再由相關(guān)公式進行計算。舉一反三：【變式】兩根阻值相同的電阻絲，分別串聯(lián)和并聯(lián)后接在同一電源上，燒開同一壺水所