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电流的热效应 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生(图18.4-1)。电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 在研究电流的热效应时，有个问题值得我们思考:电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?换句话说电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?
实验表明，在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
实验表明，在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840 年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律(Joulelaw)。如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示，时间用t表示，则焦耳定律为
电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么。电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt。
可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。 学过了焦耳定律，你能回答这一节开始时提出的问题吗?
电热的利用和防止 生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器(图18.4-4)，都是利用电热的例子但是，很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。电视机的后盖有很多孔，就是为了通风散热，使用时一定要把防尘的布罩拿开。电脑运行时温度会升高，需要用微型风扇及时散热(图18.4-5)。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患.
电流的热效应 我们每个家庭都有各种家用电器，电冰箱、洗衣机、电饼铛、电饭煲、电热水壶、电炉子等等。 其中电饼铛、电饭煲、电热水壶、电炉子与你冬天相伴的暖宝宝原理相同，都是把电能转化为热能的装置。 物理学中把电流通过导体产生热量的现象叫做电流的热效应。 常见利用电流热效应工作的设备通常称为电热器.例如 电饼铛 电饭煲
电炉子 电热水壶
暖宝宝
为了探究“电流通过导体时产生的热量的多少与什么因素有关”，课本中设计了如下图实验装置。
实验分析： 1.实验中两个烧瓶中装有等量的煤油，用温度计显示的示数表示热量的多少，温度越高说明电阻丝产生的热量越多。
2.探究热量与电阻的关系 电阻丝RA、RB串联后分别放在两个烧瓶中，由于通电时电流相等，通电时间也相等，观察比较不同电阻丝产生的热量多少. 实验发现电阻越大的瓶子温度计的示数高.
实验结论： 在电流、通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 实验反思： 本实验用到了两个物理方法： （1）.控制变量法 两瓶都用同一种物质煤油；质量相等；电阻丝RA、RB串联电流相等，通电时间相等。 （2）.转换法 用温度计显示的温度高低来说明电热丝产生热量的多少。 3.探究热量与电流的关系 仍然用控制变量法，取同一个烧瓶RB,通电时间相同，改变电流的大小，观察比较前后两次温度计示数的大小. 实验发现电流大时温度计的示数高.
实验结论： 在通电时间和电阻相同时，电流越大产生的热量越多。 问题解答： 为什么电炉子工作时，电炉丝热得发红而连接的导线几乎不热？
导线与电炉丝串联电流相等，通电时间也相等，由于导线的电阻很小，而电阻丝的电阻很大，在电流、通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以导线几乎不热。 探究焦耳定律实验装置
实验结论： 1.在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。 2.在通电时间和电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。 物理学史： 英国物理学家焦耳做了大量的实验，与1840年精确地得出了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系。
焦耳 【新课学习】 焦耳定律： 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这个规律叫焦耳定律。
公式： 1.实验式：Q=I²Rt 2.推导式： 在纯电阻电路中，电流通过导体的电能全部转化为热能，那么电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q=W=UIt 因为W=UIt I=U/R U=IR 所以W=I²Rt、W=U²t/R 又因为P=W/t 所以W=Pt 纯电阻电路计算电流产生的热量，根据题目要求可选用下列公式或变式： Q=W=UIt=I²Rt=U²t/R=Pt
纯电阻用电器 3.温馨提示： 在像电动机类的电路中，电能主要转化为机械能，由于电动机的线圈也有电阻，不可避免产生热能，所以W>Q=I²Rt 不能用Q=UIt=Pt计算热量.
非纯电阻用电器 电动机输入电能=机械能+热能 即：W电=W机+W热 （UIt=W机+I²Rt） 单位：
计算： 视频：电流产生热量的计算方法（选择音量横屏看） 视频反思： 1.计算电流产生的热量要根据题意和自己的基础选取适合自己的计算方法. 2.非纯电阻电路计算题将适时讲解并推送. 1电热器 由于导体具有电阻，所以当电流通过导体时会发热，将电能直接转化为内能，这种现象称为电流的热效应。 主要利用电流热效应工作的装置称为电热器，例如：电热油汀、热得快、电水壶和电炉等。
2影响电流热效应的因素 电流为什么会产生热量能，产生热量的多少又跟哪些因素有关呢？下面我就通过一个实验来探究一下，实验中应用了转化法，即将电流产生的热量转化为温度计的示数，请看视频：  02:35 探究影响电流热效应的因素
如上图，将两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝电流相同。通电一定时间后，右边装有10Ω电阻的烧瓶温度升高的多。 在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。
如上图，两个密闭容器中的电阻一样大，而通过两容器中5Ω电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，发现电流大的温度计温度升高的多。 在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热量越多。
将一容器中的电阻丝单独接到电源两端，随着通电时间的增长，烧瓶中温度计的示数逐渐增大。 在电流、电阻一定的情况下，通电时间越长，电阻产生的热量越多。 3焦耳定律 1840年，英国科学家焦耳通过了大量实验研究发现： 电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。 02:01 焦耳定律的公式推广及简单计算 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt。再将U=IR代入，就能得到： Q=I 2Rt 拓展 ⑴在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律推导公式推导出来的结论与焦耳定律一致。 ⑵导线和电炉丝串联，电流相同；由于电炉丝电阻比导线电阻大很多很多，因此，电炉丝产生的热量要比导线多很多很多。所以，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。 典型例题：（2017·淄博）电热器是利用电流的 来工作的。某发热元件的阻值为420Ω，通过的电流为1A，通电10min产生的热量是 J，这些热量能使2kg的冷水温度升高 ℃．[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）]。 【分析】（1）电热器是将电能转化为内能的用电器，是利用电流的热效应来工作的；（2）根据Q=I2Rt来计算产生热量的多少；（3）根据Q=cm△t来计算水升高的温度。 【解答】解：电热器是利用电流的热效应工作的；电流产生热量Q=I2Rt=（1A）2×420Ω×600s=252000J；由题意知，水吸收的热量应等于电流产生的热量，则Q吸=252000J；由Q吸=cm△t得： △t=Q吸/cm=252000J/4.2x103J/(kg·℃)x2kg=30℃。 故答案为：热效应；252000；30。 【点评】本题是电和热的综合计算题目，考查了电流的热效应、焦耳定律及热量的计算公式应用，属基础性题目。 电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。当然电流通过导体时，有的电能绝大部分转化为内能，比如各种电热器；也有的大部分转化为其它形式的能，有很少一部分电能会转化为内能， 如电动机。 但无论是哪种用电器总会因为通电而或多或少的产生热量，焦耳定律就是用来研究电路中电流通过任意用电器所产生热量的。 视频：探究电流的热效应 11:28
实验表明：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这就是焦耳定律。 公式：Q =I2Rt 单位：焦耳（J） 注意： 当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即 Q = W =Pt= UIt = I2Rt 如：电暖器，电饭锅，电炉子等。 当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能： 电能 =内能+机械能 在象电风扇、电动机这样的电器里W＞Q热 此时： W=Pt=UIt ① ， Q=I2Rt ②。 ①②两式就不能连等了！ 视频：非纯电阻电路的计算 08:59 一台电炉其内部电阻丝的电阻R为43.08Ω，它与电源连接的铜导线的总电阻r只有0.02Ω，把它接到220V的家庭电路中，一分钟内电炉丝与导线上分别会产生多少热量？ 【解析】：导线与电炉是串联的关系，所以其中的电流为：I=U/R总=220V/(43.08Ω+0.02Ω)=5A,根据焦耳定律的公式得： 电炉产生的热量：Q1=I2Rt=(5A)2×43.08Ω×60s=64620J 导线上产生的热量：Q2=I2rt=(5A)2×0.02Ω×60s=30J 从以上可以看出：电炉工作一会就会发烫，而连接它的导线由于电阻太小，在导线上产生的热量就很少，从而也说明，家庭电路中的导线应该使用铜导线，而且还要使用粗一些的导线才安全！ 电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
很多情况下我们并不希望用电器产生太多热量而造成温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等，这些做法就是为了避免电热造成的危害。
1.下列利用电流热效应工作的电器是( ) A.手机 B.电热杯 C.电视机 D.电冰箱 2.电熨斗通电一段时间后变得很烫,而连接它的导线却不怎么热,这主要是因为( ) A.导线的绝缘皮隔热 B.导线散热比电熨斗快 C.通过导线的电流小于通过电熨斗的电流 D.导线的电阻远小于电熨斗电热丝的电阻 3.下图是探究“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”的实验装置.将两根阻值不等的电阻丝R1、R2串联后分别放入两个透明容器中，并封闭等量的空气.通电前，A、B两个U形管内的液面相平.接通电源一分钟后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则( )
A.I1>I2，A管中的液面较高 B.I1<I2，A管中的液面降低 C.I1=I2，A管中的页面较高 D.I1=I2，A管中的液面较低 4.下列各种方法和措施中,不是为了防止电热危害的是( ) A.电脑机箱中上安有电风扇 B.炎热夏天,连续长时间工作的电视机要停用一会儿 C.天气潮湿时,长期不用的电器隔一段时间要通一次电 D.电视机的后盖上有许多散热孔 5.(贺州中考)当1 A的电流通过阻值为50 Ω的电阻丝，产生的热量为250 J，则电阻丝通电的时间为_______s. 6.夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的_______效应工作的.其发热元件正常工作时的电阻为8 800 Ω，接在家庭照明电路中正常工作100 s产生的热量是_______J. 7.当一个电阻的阻值为R时，将它接在电路中通电一段时间，产生的热量为Q.如果要使它产生的热量为2Q，下列办法中可行的是( ) A.将电压变为原来的2倍，通电时间变为原来的1/2 B.将电阻变为原来的2倍，通电时间变为原来的1/2 C.将电阻变为原来的1/2，通电时间变为原来的2倍 D.将电压变为原来的1/2，电阻变为原来的2倍 8.如图所示，在四个相同水槽中盛有质量和温度都相同的纯水，现将阻值为R1、R2的电阻丝(R1<R2)，分别按下图的四种方式连接放入水槽，并接入相同电源.通电相同时间后，水温最高的是( )
9.我国科研人员研发了百米级第二代高温超导带材，使中国跻身该技术领域国际先进行列.假如所有导体都成了常温下的超导体，那么当用电器通电时，下列说法正确的是( ) A.白炽灯仍然能发光 B.电动机仍能转动 C.电饭锅仍然能煮饭 D.电熨斗仍然能熨烫衣服 10.将阻值为40 Ω的电阻丝接在电源两端,通电10 min,电流产生的热量是1.5×103 J，若将阻值为10 Ω的电阻丝接入同一电源的两端,通电20 min,电流产生的热量是( ) A.1.2×104 J B.3.75×102 J Ｃ.7.5×102 J D.6.0×103 J 11.两电阻R1∶R2=1∶2，将它们串联在电路中，它们两端的电压之比为____，相同时间内电流通过电阻产生的热量之比为_____. 12.超导是导体电阻为零的现象，目前我们只研制出了低温下的超导材料.若我们研制出常温下的超导材料并作为输电导线，那么，还需要采用高压输电吗？为什么？ 13.用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”. (1)实验中通过观察________________来比较电流产生的热量的多少. (2)为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入_____、____的同种液体. (3)为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能________. (4)实验结论是_____________________________. (5)该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与________的关系. 14.如图电路，已知R1=10 Ω，R2=20 Ω.闭合开关S，电压表的示数为4 V.求：
(1)通过R2的电流； (2)电阻R1消耗的电功率； (3)1 min内通过R2的电流产生的热量. |
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