1、六、电流的热效应目标导航 学习目标 1.通过实验探究知道电流的热效应跟哪些因素有关.2.能够用焦耳定律解决一些实际问题.3.知道生活中应用焦耳定律的例子.4.掌握节约电能的一些方法;体会能量守恒的普适性.重点难点 重点:焦耳定律的应用.难点:对电流热效应的影响因素的理解.激趣诱思在一根铅笔芯上滴上几滴熔化的蜡,等蜡冷却以后,把铅笔芯的两端通过导线接到一节(或两节)电池上.过一会儿,你就看到铅笔芯上面的蜡又熔化了.这说明电流通过铅笔芯时,电能转变成内能使铅笔芯温度升高,把蜡给熔化了.为什么铅笔芯发热而和它连接的导线并不发热呢?答案:这是因为铅笔芯的电阻比导线大很多,铅笔芯和导线中的电流是相等的,
2、在电流相等的情况下,导体的电功率和它们的电阻成正比,因此,铅笔芯能获得比导线大得多的电功率,使铅笔芯的温度升高.预习导引一、电阻与电流的热效应1.焦耳定律: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,即 Q=I2Rt.2.热功率:在物理学中,把电热器在单位时间消耗的电能叫作热功率,即 P=I2R.预习交流 1(1)初中我们学过电功,当电流 I 通过某段电路,如果电路两端的电压为 U,通电时间为 t,则这段时间内的电功为多少?(2)我们家庭中通常用如图所示的电能表来量度家中每月的用电量,其单位通常用“度”或“千瓦时”表示,已知 1度等于 1 千瓦时,则 1度电相当于多少焦
3、耳的电能?答案:(1)UIt(2)因为 1 度=1 kWh=1103 W3 600 s=3.6106 J,所以 1 度等于 3.6106 J.二、电流热效应的应用1.白炽灯(1)白炽灯发光原理:利用电流热效应,使通电的金属丝温度升高达到白热状态,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,发明和改进了白炽灯.2.电能的转化(1)电流通过电动机时,电能主要转化为机械能,只有一部分转化成内能,这时电功率大于(选填“大于”“小于”或“等于”)热功率.(2)电流通过白炽灯泡时,电能全部转化为内能,这时电功率等于热功率.预习交流 2电炉通电后,电炉丝热得发红,而跟电炉连接的铜导
4、线却不那么热,这是为什么?答案:因为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.根据电流热效应的公式Q=I2Rt,在电流相同条件下,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.一、正确理解焦耳定律知识精要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.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;在电阻和时间相同时,热量与电流的二次方成正
5、比;在电流和时间相同时,热量与电阻成正比.典题例解【例 1】甲、乙两只电炉,分别为“220 V 500 W”和“220 V 1 000 W”,把它们串联在电压为 220 V 的电路中,相同时间内发热量较大的是 ;将它们并联在 220 V 的电路中,发热量较大的是 .解析:由 Q=I2Rt,串联时电流相同,电阻大的发热量大.并联时,由Q=2,电阻小的发热量大.由 R=2 知:甲电炉的电阻大,所以串联时甲的发热量较大,并联时乙的发热量较大.答案:甲 乙迁移应用下列说法正确的是()A.通过电阻的电流越大,产生的热量越多B.导体的电阻越大,产生的热量越多C.通电时间越长,产生的热量越多D.对同一导体,
6、通过的电流越大,通电时间越长,产生的热量越多解析:由 Q=I2Rt 知,电流大,如果时间很短,热量 Q 依然可以很小,A 项错误;同理分析其余选项可知 B、C 项也是错误的;只有 D 项正确.答案:D二、电功和电热知识精要1.电功与电热的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 常见电器 白炽灯、电熨斗、电饭锅等 电动机、电风扇、电冰箱等 电功与电热的关系 电功等于电热W=Q=UIt=I2Rt=U2R t 电功:W=UIt电热:Q=I2Rt电功大于电热 WQ 2.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所加的电压叫额定电压,额定电压下消耗的功率称为额定功率,即 P 额=I 额U 额.(2)实际功率是指实
7、际电压下消耗的功率,即 P 实=I 实U 实,P 实不一定等于 P 额.若 U 实U 额,则 P 实P 额,用电器可能被烧毁.思考探究小朋友玩的电动小车,当小车通电后若按住不让小车跑,不久车轮就不再转了;电动剃须刀若不及时清理内部垃圾,使用时电动机容易卡住,卡住后很快剃须刀就发热,不久后剃须刀就不能用了.你知道为什么吗?答案:电动小车、剃须刀内都有一个电动机,若电动机不转,则电动机对外不做功,电功全部转化为电热,把电动机烧了.典题例解【例 2】如图所示为我们日常生活中照明所用的白炽灯泡,当通电时,灯丝发热,温度升高,达到白热状态时发光.对于一个“220 V 40 W”的灯泡,试计算它在正常工作
8、时的灯丝电阻.如果不考虑灯丝电阻随温度变化,则该灯泡接到 110 V 的电路上时,其实际功率为多少?如果接到 440 V 的电路上会产生什么后果?解析:灯泡标有“220 V 40 W”,说明当灯泡两端加上额定电压220 V 时,功率将达到 40 W.由 P 额=额2 得 R=额2额=220240=1 210 当电压 U=110 V 时,P=2=11021 210 W=10 W当电压 U=440 V 时,达到灯泡额定电压的 2 倍,P=2=44021 210 W=160 W,所以灯泡会烧坏.答案:1 210 10 W 灯泡会烧坏迁移应用(双选)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
9、的电流,且电动机转动,在相同的时间内()A.电炉产热和电动机产热相等B.电炉两端电压大于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉的功率解析:由于电炉与电动机电阻相等,电流也相等,由 Q=I2Rt 得,相同时间内产热相等,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,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 B、C 错误,D 正确.答案:AD怎样正确理解电功与电热案例探究“220 V 66 W”的电风扇,线圈的电阻为 20 ,求接上 220 V 电压后,电风
10、扇正常转动时消耗的功率、转化为机械能的功率和发热功率.如果接上电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热功率.解析:本题考查非纯电阻电路中电功和电热的计算.电风扇工作时,其电路不是纯电阻电路,电源的电功率一部分转化为线圈的发热功率,另一部分转化为扇叶转动时的机械功率,它们三者之间的关系为 P 电=P 热+P 机,其中 P 电=UI,P 热=I2R.电风扇接在 220 V 电压下能正常工作,电流大小 I 额=额额=66220A=0.3 A,发热功率 P 热=I2R=0.3220 W=1.8 W,转化为机械能的功率P 机=P 电-P 热=66 W-1.8 W=64.2 W.电风扇的扇叶
11、被卡住不能转动时,电动机相当于纯电阻,电能全部转化为内能,通过电风扇的电流 I=22020 A=11 A,电动机消耗的功率 P等于发热功率 P 热,即 P=P 热=IU=11220 W=2 420 W,这时电动机将可能被烧坏.答案:66 W 64.2 W 1.8 W 2 420 W 2 420 W方法规律(1)对于纯电阻电路和非纯电阻电路的区别,有效的办法是从能量转化的角度区分.当电路消耗的电能全部转化为内能时,它是纯电阻电路;当电路消耗的电能一部分转化为内能,而另一部分转化为其他形式的能时,它是非纯电阻电路.(2)在纯电阻电路中,电功等于电热,有 W=Q=UIt=I2Rt=2 成立;在非纯电
12、阻电路中,电功大于电热,即电功 W=UIt,电热 Q=I2Rt,且有W=Q+E(E为转化的其他形式的能).1.(双选)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C.电磁炉D.微波炉解析:电烙铁、电炉中电流通过电热丝而发热,是利用了电流的热效应,故 A、B 项正确;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 项错误.答案:AB2.通电导体发热的规律是由下列哪位物理学家总结的()A.欧姆B.焦耳C.安培D.法拉第解析:根据物理学史知,焦耳总结了通电导体发热的
13、规律,即焦耳定律.答案:B3.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,实验时应同时保持相同的物理量是()A.通过它们的电流和加在两端的电压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及通电时间解析:根据焦耳定律 Q=I2Rt,电流通过电阻丝产生的热量跟电阻大小、电流的大小、通电时间有关,要想比较不同电阻的电阻丝的发热量必须控制电流和通电时间一样.答案:C4.一台电动机的额定电压是 220 V,额定电流为 5 A,电动机线圈的电阻是 0.4 .当该电动机正常工作时,每秒钟产生的热量是()A.1 100 JB.110 JC.1 210 JD.10 J解析:电热 Q=I2Rt=520.41 J=10 J,故选项 D 正确.答案:D5.一台电动机的电阻为 0.5 ,正常工作时通过它的电流为 20 A,在10 s 内转化的机械能为 4.2104 J,求:在这 10 s 内电流做了多少功?电动机产生的热量为多少?解析:先计算电热,Q=I2Rt=2.0103 J,再根据 W=Q+E 机,故 W=2.0103 J+4.2104 J=4.4104 J.答案:4.4104 J 2.0103 J
