1、六、电流的热效应 1.用实验探究电流通过导体时,电能转化为导体的内能的多少与哪些因素有关,重点通过实验方法研究导体通电时发热的多少与导体的电阻之间的关系。2.了解电流热效应跟哪些因素有关,理解并能用焦耳定律解决一些实际问题。3.了解生活中应用焦耳定律的例子,了解节约电能的一些方法。P=I2R,单位:瓦,符号 W。一 二 一、电阻与电流的热效应1.焦耳定律(1)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。(2)公式:Q=I2Rt,单位:焦耳,符号:J。(3)热功率:把电热器单位时间内消耗的电能叫作热功率。2.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
2、定电压,通过用电器的电流叫额定电流。3.电流通过电动机时,电能主要转化成机械能,只有一部分转化成内能,这时电功率大于热功率。一 二 4.电流通过白炽灯泡时,电能几乎全部转化成内能,这时电功率等于热功率。一 二 二、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 二 一、对焦耳定律的理解1.焦耳定律是一个实验定律,它是经过大量实验总结出来的,不能认为是用电学公式推导出来的,它适用于所有电路中的发热计算。2.对焦耳定律公式的理解:在电流和电阻相同时,热量与时间成正比;在电阻和时
3、间相同时,热量与电流的二次方成正比;在电流和时间相同时,热量与电阻成正比。如串联的两个用电器由于电流是相等的,在时间相等的情况下,谁的电阻大谁发热多,不是电阻大的阻碍作用大而发热少。3.应用时不论什么电路产生的热量都可以用Q=I2Rt来计算。在纯电阻电路中电能全部转化成内能,此时消耗的电能等于发热的热能。一 二 特别提醒焦耳定律适用于所有电路发热的计算,但并不是所有电路消耗的电能全部转化为热能,所以焦耳定律不适用于所有电路中消耗的电能的计算。一 二 二、电功与电热的比较1.功是能量转化的量度,同样,电功是电能转化为其他形式的能的量度。电热是电能转化为内能的量度。可见电功与电热是两个不同的物理量
4、。电功:W=UIt电热:Q=I2Rt同理,电功率和热功率也是两个不同的物理量。(1)电功率是指电流做功的功率,对某段电路来说是它消耗的总功率,如果该电路两端的电压为U,电路中的电流为I,则电功率P=UI。(2)热功率是指在这段电路上因发热而损耗的功率,其大小决定于通过这段导体中电流的二次方和导体电阻的乘积,即P热=I2R。一 二 2.从能量转化角度看:电流做功,消耗电能,转化为其他形式的能,而不一定都是内能,所以必有WQ即IUtI2Rt同理UII2R。(1)对由白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、电热水器等电热器构成的电路,电流做功全部转化为内能,故电功等于电热,电功率等于电热功率,即W=Q
5、或UIt=I2RtP=P热或UI=I2R。(2)对含有电动机、电解槽或给蓄电池充电等用电器的电路,电流做功除将一部分电能转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有WQ或UItI2Rt。一 二 特别提醒在实际使用时,电动机是不允许卡住不转动的,因为这时电动机线圈中电流很大,电功全部转化为电热,电动机内的线圈将很快发热烧毁。类型一 类型二 类型三 对焦耳定律的理解【例1】电炉通电后,电炉丝热得发红,而跟电炉连接的铜导线却不那么热,下列说法正确的是()A.通过铜导线的电流小,所以它消耗的电能也较少B.电炉丝和铜导线消耗的电能相同,但铜导线散热快,所以就不那么热C.通过电炉丝的电流大,所以它消耗的
6、电能较多D.铜导线电阻较小,所以它消耗的电能较少类型一 类型二 类型三 解析:电炉丝和铜导线是串联关系,故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流大小相等,电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于:前者的电阻大,后者的电阻很小。根据电流通过电阻发热的公式Q=I2Rt,在电流相同的条件下,相同的时间内,电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多。因此我们看到电炉通电后,电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热。答案:D题后反思本题是用焦耳定律来解释生活中的现象,要善于从实际现象中抓住主要的、关键的条件:铜线和电炉丝因串联而电流相等、通电时间相等;电炉丝的电阻远大于铜导线的电阻。类型一 类型二 类型三 电功率
7、公式的应用【例2】为了使电炉消耗的电功率减小到原来的一半,可采取的措施是()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.保持电炉两端电压不变,使其电阻减半D.使电压和电阻各减半类型一 类型二 类型三 解析:电炉是纯电阻电器,电功率可表示为 P=UI=2=2,电阻一定时,使电流减半,由 P=I2R 知,电功率减为原来的14,可见选项A 错误;同理,使电压减半,由 P=2 知,电功率也为原来的14,故选项B 错误;当电压不变,电阻减半时,由 P=2 知,电功率变为原来的 2 倍,可见选项 C 错误;由 P=2 知,当 U 和 R 各减半时,电功率变为原来的12,可见选项D 正确。答
8、案:D题后反思对于纯电阻电路,电功率的3个公式都适用,解题时需注意讨论的量是电流还是电压,然后灵活选取公式。类型一 类型二 类型三 焦耳定律的应用【例3】如图所示,有一个提升重物用的直流电动机,电动机铭牌有“电机内阻r=0.6 ”的标志。已知电路中的固定电阻R=10 ,电路两端电压 U=160 V,电压表的示数U=110 V。根据以上数据计算:(1)通过电动机的电流。(2)电动机的输入功率。(3)电动机的输出功率。类型一 类型二 类型三 解析:(1)电阻R与电动机串联,所以电流相等,对于电阻R,根据欧姆定律和串联的规律可得 I=-=160-11010 A=5 A。(2)电动机的输入功率P入=IU=5110 W=550 W。(3)电动机的发热功率Pr=I2r=520.6 W=15 W。电动机的输出功率P出=P入-Pr=535 W。答案:(1)5 A(2)550 W(3)535 W题后反思(1)含电动机的电路是非纯电阻电路,要注意区分电功率和热功率,电功率P入=IU,热功率Pr=I2r,机械功率P出=P入-Pr。(2)注意弄清电动机电路中的能量转化关系。