1. 能通過生活實(shí)例，認(rèn)識電流的熱效應(yīng)。
2. 能在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引出焦耳定律，會用焦耳定律進(jìn)行計(jì)算。
3. 通過學(xué)習(xí)電熱的利用和防止，學(xué)會辯證地看待問題。
【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】焦耳定律的理解及應(yīng)用。
【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】焦耳定律的理解及應(yīng)用。
【自主預(yù)習(xí)】閱讀教材，完成以下問題：
1. 電流的熱效應(yīng)
電流通過導(dǎo)體時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為 的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。只要有電流通過導(dǎo)體，因?yàn)閷?dǎo)體有一定的電阻，就會發(fā)生電流的熱效應(yīng)。
2. 焦耳定律
（1）焦耳定律的內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的 成正比，跟導(dǎo)體的 成正比，跟 成正比。
（2）用公式表示Q=
3. 電熱的利用和防止
（1）電熱的利用：各種電熱器都是利用 的設(shè)備，例如 、電熱水器、電熨斗等。
（2）電熱的防止：如果用電器聚集的電熱過多，溫度過高，有可能燒壞電器，甚至引發(fā)火災(zāi)。電腦主機(jī)里裝有風(fēng)扇、散熱器等，都是為了加快 。
【合作探究】
探究一、電流的熱效應(yīng)
1. 電流的熱效應(yīng)
【想一想】尋找以下用電器的共同特點(diǎn)：電熱毯、電水壺、電飯煲、烤箱等。
分析：這些用電器工作時(shí)都要消耗電能，都會發(fā)熱，在工作過程中，電能轉(zhuǎn)化為 能。
【總結(jié)】 電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成 能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
2. 探究影響電流熱效應(yīng)的因素
【提出問題】電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)?
【猜想及其依據(jù)】
①可能與通過導(dǎo)體的 有關(guān)。因?yàn)閷?dǎo)體在通入電流時(shí)才會發(fā)熱，所以電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟電流有關(guān)；
②可能與導(dǎo)體的 有關(guān)。導(dǎo)線和電熨斗串聯(lián)接入電路，電流是相同的，電熨斗熱的溫度高，而導(dǎo)線幾乎不熱，電流產(chǎn)生的熱可能與電阻有關(guān)。
③可能與通電 有關(guān)。由生活經(jīng)驗(yàn)可知，通電時(shí)間越長，電流產(chǎn)生的熱量也會越多。
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
（1）實(shí)驗(yàn)裝置介紹（焦耳定律演示器）
兩個(gè)透明的塑料容器內(nèi)部密閉著等量的空氣；容器內(nèi)部的空氣與U形管一端相連通。兩個(gè)容器中各有一段電阻絲，兩個(gè)容器里的電阻絲 聯(lián)在一起接入電路。
（2）實(shí)驗(yàn)原理
如圖所示，兩個(gè)透明容器中密封著空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣的體積變化。同時(shí)使用兩個(gè)密閉容器時(shí)，哪一側(cè)U型管中液柱出現(xiàn)的高度差大，表明哪一側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的 多。圖中，因?yàn)棣右＞Δh左，所以電流通過 側(cè)的電阻絲產(chǎn)生的熱量多。
（3）研究方法
①控制變量法：在探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少跟電流、電阻、通電時(shí)間的關(guān)系時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)該控制兩個(gè)物理量不變。
②轉(zhuǎn)換法：實(shí)驗(yàn)中通過觀察U形管液面的 來比較電流產(chǎn)生熱量的多少，這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法。
（4）實(shí)驗(yàn)器材
學(xué)生電源、焦耳定律演示器、電流表、滑動變阻器等。
為了進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，需要改變通過兩個(gè)電阻絲的電流，所以在電路中串聯(lián)一個(gè)滑動變阻器，通過移動滑片改變電流。
（5）實(shí)驗(yàn)記錄表
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
電流關(guān)系
電阻大小/Ω
通電時(shí)間
關(guān)系
U形管液面
高度差⊿h
左
右
左
右
左
右
左
右
1
相等
5
10
相等
2
大
小
相等
相等
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（1）探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電阻的關(guān)系
如圖所示，將兩根阻值不等的電阻絲串聯(lián)接入電路。閉合開關(guān)，通電一段時(shí)間后，觀察U形管液面高度差的變化。
（2）探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系
在右方密封盒外并聯(lián)一個(gè)5Ω的電阻R3，目的是改變通過盒內(nèi)電阻的電流大小，由于R3的分流作用，因此通過兩個(gè)容器中電阻的電流不同，I1= I2。從而研究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系。
閉合開關(guān)，通電一段時(shí)間后，觀察U形管液面高度差的變化。
（3）探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟時(shí)間的關(guān)系
閉合開關(guān)，通電一段時(shí)間后，觀察同一個(gè)密封盒內(nèi)U形管液面高度差的變化大小。
【收集證據(jù)】
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
電流關(guān)系
電阻大小/Ω
通電時(shí)間
關(guān)系
U形管液面
高度差⊿h
左
右
左
右
左
右
左
右
1（甲圖）
相等
5
10
相等
2（乙圖）
大
小
相等
相等
甲 乙
【分析論證】
（1）分析實(shí)驗(yàn)步驟（1）發(fā)現(xiàn)：在電流和通電時(shí)間相等時(shí)， 越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。
（2）分析實(shí)驗(yàn)步驟（2）發(fā)現(xiàn)：在電阻和通電時(shí)間相等時(shí)， 越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。
（3）分析實(shí)驗(yàn)步驟（3）發(fā)現(xiàn)，在電流和電阻相等時(shí)， 越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。
歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論
（1）在電流相同、通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。
（2）在電阻相同、通電時(shí)間相同時(shí)，通過一個(gè)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。
（3）在電流相同、電阻相同時(shí)，通電時(shí)間越長，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。
【交流討論】
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小紅說她在一本書上看到用如圖所示的裝置也可以探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)。請你對該裝置進(jìn)行評價(jià)。
【評價(jià)】該裝置中，兩個(gè)相同的燒瓶盛有質(zhì)量相同、溫度相同的同種液體；燒瓶內(nèi)插有溫度計(jì)，可以測量液體的溫度。
燒瓶內(nèi)有兩個(gè)阻值不同的電阻絲，組成串聯(lián)電路接入電路中。所以通過比較燒瓶內(nèi)液體的溫度可以探究影響電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的因素。
（1）當(dāng)電阻絲通電后，電流產(chǎn)生熱量使煤油溫度升高，從而使溫度計(jì)示數(shù)上升，因此根據(jù)溫度計(jì)示數(shù)的變化可知電流產(chǎn)生熱量的多少。
（2）甲圖中R1、R2兩電阻串聯(lián)，通過兩電阻的電流相等，但兩電阻的阻值不同，所以可探究電流產(chǎn)生熱量的多少與 的關(guān)系。
（3）乙圖中R1、R2兩電阻并聯(lián)，甲、乙兩裝置中，電源電壓相同，乙圖中電阻R1兩端的電壓大于甲圖中電阻R1兩端的電壓，則乙實(shí)驗(yàn)裝置中通過電阻R1的電流大。所以由a、c（或b、d）可以探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與 的關(guān)系。
【例題1】如圖所示，在研究電熱與哪些因素有關(guān)的驗(yàn)中，同學(xué)們猜想電熱可能與電流大小、電阻大小以及通電時(shí)間長短有關(guān)。
（1）左側(cè)密閉容器內(nèi)電阻絲阻值為5Ω，右側(cè)密閉容器外部，將一個(gè)阻值為5Ω的電阻與這個(gè)容器內(nèi)的電阻絲并聯(lián)，目的是使通過左右兩密閉容器內(nèi)電阻絲的______不同，右側(cè)容器內(nèi)電阻絲的阻值應(yīng)為______Ω，才能符合實(shí)驗(yàn)研究的要求；
（2）本實(shí)驗(yàn)是研究電流的____效應(yīng)；實(shí)驗(yàn)中通過U形管中液面的高度差反映密閉空氣溫度的變化，左側(cè)U形管中液面高度差大于右側(cè)U形管中液面高度差，說明：______。
探究二、焦耳定律
1. 焦耳定律
英國物理學(xué)家焦耳用近40年的時(shí)間做了400多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體電阻、通過導(dǎo)體的電流及通電時(shí)間之間的關(guān)系，即焦耳定律。
（1）內(nèi)容：
電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟 成正比，跟導(dǎo)體的 成正比，跟 成正比。
（2）公式： Q =
（3）公式中Q = I2Rt 各量及其單位：
I表示電流，單位是 （A）；R表示電阻，單位是 （Ω）；t表示時(shí)間，單位是 （s）；
Q表示熱量，單位是 （J）
1焦耳=1安2×1歐×1秒
2. 推導(dǎo)焦耳定律
若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量，即Q = W
因?yàn)殡姽?W = UIt，根據(jù)歐姆定律U = ，所以 Q = W = UIt =
可見，在消耗的電能全部用來產(chǎn)生熱量時(shí)，根據(jù)電功公式和歐姆定律推導(dǎo)出的結(jié)論與焦耳定律一致。
3. 電功與電熱
（1）電功與電熱的區(qū)別
電功是指電流通過一段電路所做的功，它的大小表示電路消耗電能的多少，或表示有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電熱是指電流通過一段電路做功時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為 的那一部分。
兩者表示的意義不同，是兩個(gè)不同的概念。
（2）電功與電熱的聯(lián)系
①純電阻電路（如電爐、電熱器、電熨斗等電路）
該類電路中，電流通過用電器時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電流產(chǎn)生的熱量就等于電流做的功（消耗的電能），即Q=W，所以Q放= W總=Pt=UIt= U2t/R=I2Rt
上述公式適用于純電阻電路。
②非純電阻電路
在該類電路中，當(dāng)電流通過用電器時(shí)，電能主要轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。此時(shí)電能=內(nèi)能+機(jī)械能，所以內(nèi)能 電能（選填“大于”、“小于”或“等于”）。。
例如，當(dāng)電扇工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)的機(jī)械能，有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能發(fā)熱。
W總＝UIt =W機(jī)械能＋Q熱量，電熱 電功（選填“大于”、“小于”或“等于”）。
4. 電功、電功率、焦耳定律計(jì)算公式及其適用范圍
電功
電功率
焦耳定律
適用條件
基本公式



普遍適用
推導(dǎo)公式
W=U2Rt=I2Rt
P=U2R=I2R
Q=U2Rt=UIt

Q=W
5. 想想議議
（1）你現(xiàn)在明白了嗎？電爐絲通電時(shí)，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱？
（2）額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事?
【例題2】一根60 Ω的電阻絲接在36 V的電源兩端，在5 min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量？
【例題3】將規(guī)格都是“220V 100W”的一臺電風(fēng)扇和一床電熱毯，接入家庭電路中，通電時(shí)間相同，下列說法正確的是（ ）
A. 電風(fēng)扇產(chǎn)生的熱量多 B. 電熱毯產(chǎn)生的熱量多
C. 二者產(chǎn)生的熱量一樣多 D. 無法比較二者產(chǎn)生的熱量
【例題4】某電動機(jī)上標(biāo)有“220V 2A”，它的線圈電阻為5?，當(dāng)它正常工作1min后，消耗的電能為多少？線圈中產(chǎn)生的熱量為多少？如沒有其他能量的損失，則得到多少的機(jī)械能？
探究三、電熱的利用和防止
1. 電熱的利用
生活中和許多產(chǎn)業(yè)中都要用到電熱。家里的電熱水器、電飯鍋、電熨斗，養(yǎng)雞場的電熱孵化器，都是利用電熱的例子。電熱器的優(yōu)點(diǎn): 清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染，熱效率高，還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度。
2. 電熱的防止
電流的熱量有時(shí)是有害的，應(yīng)該及時(shí)解決。
①例如我們的電腦在工作時(shí)，電路元件發(fā)熱，溫度升高，會影響到電腦的穩(wěn)定性，甚至燒壞電腦CPU。人們常常采用安裝散熱窗、使用 等方法及時(shí)散熱。
②電視機(jī)散熱方法：在后蓋開有很多孔，為了通風(fēng)散熱。
③投影儀的散熱方法：除在側(cè)壁開孔外，內(nèi)部還裝有 ，工作時(shí)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動把熱量吹到機(jī)器外面，可以降低燈泡、機(jī)器內(nèi)部元件的溫度。
【例題5】電流具有熱效應(yīng)，學(xué)習(xí)了電流的熱效應(yīng)后，關(guān)于電熱的下列幾個(gè)說法錯(cuò)誤的是（ ）
A．電熱會燒毀電器元件，引發(fā)火災(zāi)，有百害而無一利
B．電流通過任何用電器都或多或少地會產(chǎn)生熱量
C．因?yàn)殡娏鬟^大產(chǎn)生電熱而燒壞局部電路，可用于整體電路的保護(hù)
D．為防止電熱帶來的危害，要盡量減少電熱的產(chǎn)生并考慮如何加快散熱
【歸納整理】
第4節(jié) 焦耳定律
【精講點(diǎn)撥】
1. 焦耳定律公式Q = I2Rt 具有普遍意義，適用于任何電路電流所產(chǎn)生的熱量的計(jì)算。而推導(dǎo)公式Q=Pt=UIt= U2t/R只適用于純電阻電路（即電功等于電熱）。
2. 電流的熱效應(yīng)有不利的因素，如電熱會燒毀電器元器件，引發(fā)火災(zāi)。但在我們生活中和許多產(chǎn)業(yè)中都要用到電熱。如家里的電飯鍋、電熨斗，養(yǎng)雞場的電熱孵化器等都是利用電熱的。
【課堂練習(xí)】
1．將電能輸送到幾百千米之外的用戶，在輸電線上會有能量的損耗，這主要是由于電流的____效應(yīng)引起的。某段輸電線路的總電阻為0.5Ω，輸送電流為100A，每輸電1min，這段線路便會損耗______J的電能。
2．如圖是探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面的高度的變化反應(yīng)密閉空氣溫度的變化，下列說法正確的是（ ）
A．該實(shí)驗(yàn)裝置是為了探究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系
B．將左邊容器中的電阻絲換成10Ω的電阻絲后，就可以探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系
C．通電一段時(shí)間后，左側(cè)U形管中液面的高度差比右側(cè)的大
D．該實(shí)驗(yàn)裝置是利用U形管中液體的熱脹冷縮來反映電阻絲放出熱量的多少的
3．某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)，兩個(gè)透明容器中封閉著等量的空氣。
（1）實(shí)驗(yàn)中通過觀察_____________來比較電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生熱量的多少；
（2）采用圖乙中的實(shí)驗(yàn)裝置探究“電流產(chǎn)生的熱量跟電流是否有關(guān)”時(shí)，右邊透明容器中應(yīng)該選用阻值為____Ω的電爐絲；
（3）電爐絲通過導(dǎo)線接到電路里，電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線幾乎不發(fā)熱的現(xiàn)象可以用圖_____（填“甲”或“乙”）的實(shí)驗(yàn)結(jié)論來解釋。
4．在探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)器材如圖所示。請：
①選擇合適的電阻，并標(biāo)在虛線方框內(nèi)；（供選擇電阻：R1=5Ω，R2=10Ω，R3=10Ω）
②用筆畫線代替導(dǎo)線補(bǔ)充完整電路的連接。
5. 一只電烙鐵的額定電壓是220V，在額定電壓下工作時(shí)的電阻是1210Ω，求：
（1）電烙鐵的額定功率有多大？
（2）電烙鐵在額定電壓下通電10min產(chǎn)生多少熱量？
（3）當(dāng)實(shí)際電壓只有額定電壓的80%時(shí)，電烙鐵的電阻保持不變，此時(shí)電烙鐵的實(shí)際功率是多少？
6. 如圖所示電路是某電飯鍋的內(nèi)部簡化電路圖，有1000W加熱和40W保溫兩擋功率可切換。
（1）若開關(guān)S接a，電飯鍋處于_________擋；
（2）開關(guān)S接b，電飯鍋工作5min時(shí)產(chǎn)生的熱量是_________J；
（3）電水壺在加熱擋正常工作3min，標(biāo)有3000r/kW·h的電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過________。
【課后反思】
本節(jié)課學(xué)習(xí)中，你有哪些收獲，還有哪些問題？

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第4節(jié) 焦耳定律

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