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(共43張PPT)
第4節　焦耳定律
第十八章 電功率
知識點
電流的熱效應
知1－講
1
1. 電流的熱效應
電流通過導體時電能轉化成內能的現象。
2. 探究電熱的影響因素
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方法點撥
轉換法：通過U 形管兩邊液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，從而反映電流通過電阻產生熱量的多少。
控制變量法：實驗操作(1)是通過串聯保證電流相同；實驗操作(2)中，左邊容器內電阻絲中電流是右邊容器內電阻絲中電流的2倍，探究電熱與電流的關系。
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特別提醒
實驗中用電阻絲對空氣加熱可以縮短實驗時間，并使實驗現象更加明顯。實驗中應使兩容器密閉且封閉等量的空氣，不能漏氣。
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例 1
如果電視機、電烙鐵和電風扇上都標有“220 V 60 W”
的字樣，它們都在額定電壓下工作相同的時間，三個用電器產生的熱量( )
A. 一樣多 B .電烙鐵多
C. 電視機最多 D. 電風扇最多
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解題秘方：根據電流熱效應入手。
解析：電視機、電烙鐵和電風扇功率相同，在相同時間內它們消耗的電能相同。電視機主要是把電能轉化為聲能和光能，電風扇主要是把電能轉化為機械能，只有電烙鐵是把電能全部轉化為內能，所以額定電壓下工作相同的時間，三個用電器中電烙鐵產生的熱量最多。
答案：B
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1. [中考·北京] 下列用電器中，利用電流熱效應工作的是( )
A．電熱水壺
B．吸塵器
C．電冰箱
D．電視機
A
例 2
[母題教材P120圖18.4－2中考·廣東]用如圖1 所示的裝置做“探究電流相同時，通過導體產生的熱量與電阻大小的關系”的實驗。(甲、乙是完全相同的密閉容器，閉合開關前，A、B 兩U 形管內液面相平)
解題秘方：對比圖文信息，讀圖也能得出答案。
解析：由圖可知，兩導體串聯，即保證電流相等，探究電熱與電阻的關系，再觀察U 形管中液面高度的變化情況，哪一個U 形管中液面高度變化大，哪一個容器中導體在相同時間產生的熱量多。
(1)由于電流產生的熱量不易直接測量，因此在實驗中是通過觀察U 形管中液面的_________來顯示甲、乙容器內空氣溫度的變化，這里采用的探究方法是 _______。
(2)通過對比觀察， _______(填“甲”或“乙”)容器中導體產生的熱量較多。由此可知，在電流和通電時間相同時，電阻越_______，導體產生的熱量越多。
高度變化
轉換法
乙
大
技巧點撥：在探究電流產生的熱量與電阻的關系時，要保證電流大小和通電時間相同。其中，保持電流大小相同的方法是將兩個電阻串聯。
2. 如圖所示， 兩個密閉容器中接入電熱絲R1、R2，右邊容器上方接入電熱絲R3，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。
本實驗是根據_____(填“氣體”或“液體”)的熱脹冷縮來反映電流產生的熱量多少，已知R1=10 Ω，R3=6 Ω，為了研究電流產生的熱量與電流的關系，則R2=______Ω。若將R3 和R2并聯接入右邊密閉容器中，則可研究電流產生的熱量與 ______的關系。
氣體
10
電阻
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知識點
焦耳定律
2
1. 內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。
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2. 焦耳定律公式及各物理量單位
(1)公式的意義：公式反映的是電流通過導體時產生熱效應的規律，定量地揭示了電能轉化為內能的規律。
(2)適用范圍：普遍適用，適用于任何用電器和電路。
公式 Q=I2Rt 物理量及單位 電流I A
電阻R Ω
通電時間t s
熱量Q J
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3. 純電阻電路中的計算公式：Q=W=Pt =UIt =I2Rt =t
4. 在純電阻電路中，電熱與電阻的關系
(1)在只有R1 和R2 的串聯電路中，電熱與電阻成正比，即Q1 ∶ Q2=R1 ∶ R2；
(2)在只有R1 和R2 的并聯電路中，通電時間相同時，電熱與電阻成反比，即Q1 ∶ Q2=R2 ∶ R1。
多用于定性比較兩用電器相同時間產生的熱量。
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知識拓展
電熱與電功(或消耗的電能)間的關系：
電熱和電功的計算公式分別為W=UIt、Q=I2Rt，均適用于所有電路。
在純電阻電路中，由于電能全部轉化為電熱，所以W=Q。
在非純電阻電路中，電能只有一部分轉化為電熱，即W＞Q。
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甲電阻絲的電阻是1 000 Ω，通過0.2 A 的電流時，1 min 產生的熱量是________J。乙電阻絲的電阻為10 Ω，通電5 min產生的熱量為12 000 J，當通過該電阻絲的電流增大為原來的2 倍時，相等時間內產生的熱量是________ J。
例 3
2400
48000
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解題秘方：運用焦耳定律變形式求解。
解析：由題意可得t1=1 min= 6 0 s，Q1=I12R1t1=
(0.2 A)2×1000 Ω×6 0 s=2400 J；由Q=I2 Rt 可得，通過乙電阻絲的電流I2===2 A，當通過它的電流增大為原來的2 倍時，在相同的時間內產生的熱量Q2′=(I2′)2 R2 t2=(2I2) 2R2 t2=4I22R2 t2=4Q2=4×
12 000 J=48 000 J。
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3. 如圖所示，電源電壓為9 V 且保持不變。閉合開關后，電流表A1的示數為0.4 A，電阻R2=15 Ω。求：
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(1)電流表A2 的示數。
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(2)1 min 內，電阻R2上產生的熱量。
解：1 min內，電阻R2上產生的熱量
Q2＝I22R2t＝(0.6 A)2×15 Ω×1×60 s＝324 J。
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一臺電動機正常工作時線圈兩端的電壓為380 V，線圈的電阻為2 Ω，線圈中的電流為10 A，若這臺電動機正常工作1 秒鐘，則( )
A．產生的熱量為3 800 J
B．消耗的電能為200 J
C．電動機的效率約為94.7%
D ．獲得的機械能為4 000 J
例 4
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解析：電動機產生的熱量Q =I2 Rt=(10 A)2×2 Ω×1 s=
200 J，故A 錯誤；電動機消耗的電能W=UIt=
380 V×10 A×1 s=3800 J，故B 錯誤；電動機獲得的機械能W ′=W- Q =3800J-200 J=3600J ，故D 錯誤；電動機的效率η =×100 % =×100 % =94.7%，故C 正確。
答案：C
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4. 某品牌家用吸塵器的銘牌如表所示，正常工作10 s 時間內電動機做的總功為________J，若電動機線圈電阻為1 Ω，10 s時間內電動機線圈產生的熱量是________ J，該吸塵器電動機的效率為________ %(保留整數)。
產品尺寸/mm 358*248*307
額定電壓/V 220
額定功率/W 1100
1.1×104
250
98
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知識點
電熱的利用和防止
3
1. 電熱的利用
(1)電熱器的工作原理：電流的熱效應。
(2)電熱器的主要結構：發熱體。發熱體是由導電性差、熔點高的電阻絲繞在絕緣體材料上做成的。其中，絕緣體材料可將電阻絲與電熱器的外殼隔開，防止觸電和漏電。
(3)常見家用電熱器：電飯煲、電烙鐵、電烤箱等。
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2.電熱的防止
(1)電熱的危害
①由于電流的熱效應，會使用電器的溫度過高，加速絕緣材料的老化，甚至可能燒壞用電器。
②造成電能輸送過程中的電能損失。
(2)防止電熱危害的方法
①安裝散熱風扇； ②安裝散熱片； ③安裝散熱窗。
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知識拓展
電熱器的優點：
電熱器在使用時清潔、無污染、熱效率高，且便于控制和調節電流大小、發熱時間的長短。
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下列情況中不屬于防止電熱危害的是( )
A. 電視機的后蓋有許多孔
B. 電腦機箱內有小風扇
C. 電動機外殼有許多散熱片
D. 家用電器長時間停用，隔一段時間應通電一次
例 5
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解題秘方：結合各種用電器具體作用來分析。
解析：電視機后蓋的孔、電腦機箱內的小風扇、電動機外殼上的散熱片都可以加速散熱，從而防止電熱的危害。家用電器長時間停用，隔一段時間通電一次，是利用電熱驅潮，避免家用
答案：D
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5. [中考·無錫] 如圖所示的是超市常用的塑料袋封口夾電路原理圖，電源電壓為5 V，電熱絲R 阻值為1 Ω。閉合開關S，電熱絲溫度升高，利用電流的______效應實現高溫封口，3 s 內產生的熱量為______J，
若使用時總把塑料袋燙壞，可以
______(填“增大”或“減小”)
電熱絲的阻值。
熱
75　
增大　
如圖2 是某品牌足浴盆工作時的簡化電路，它有加熱功能和按摩功能。加熱電阻的阻值為4 8.4 Ω，電動機線圈電阻為2 Ω，電源電壓為220 V 穩定不變。
易錯點
不理解電動機工作時電熱與消耗電能間的關系
例 6
解題秘方：焦耳定律公式Q =I2 Rt 適用于所有電路，電流通過電動機線圈產生熱量的多少只能用該公式計算。
(1)加熱電阻正常工作時的電功率是多少？
解：電動機與加熱電阻并聯，由P =可得，加熱電阻正常工作時的電功率P ===1000 W。
(2)在足浴盆中加入體積為4 L、初溫為20 ℃的水，加熱電阻正常工作420 s，它的電加熱效率為80％，則水的溫度會升高到多少？[c水=4.2×103 J/(kg·℃)，ρ水=1.0×103 kg/m3]
解：加熱電阻正常工作420 s 產生的熱量Q=W=Pt=
1 000 W×4 20 s= 4.2×10 5 J，
電加熱效率為80 %，所以水吸收的熱量Q 吸= 80 % Q = 80 %×4.2×10 5 J=3.36×10 5 J，
水的質量m 水=ρ 水V 水=1.0×103kg/m3×4×10－3 m3=4 kg，
水升高的溫度Δt ===
20 ℃，水的溫度會升高到20 ℃ ＋20 ℃ = 40 ℃。
(3)啟動按摩功能時，電動機啟動，通過電動機線圈的電流為0.1 A，按摩10 min，電動機線圈產生的熱量是多少？
解：由焦耳定律可得，按摩10min，電動機線圈產生的熱量QM = I2RMt′=(0.1 A)2×2 Ω×10×60 s=12 J。
診誤區：
(1) 加熱電阻屬于純電阻。可利用推導式P=計算加熱電阻正常工作時的電功率。
(2) 利用Q=W=Pt 先計算加熱電阻正常工作420 s 產生的熱量，則水吸收的熱量Q吸=80%Q；利用密度公式的變形式計算水的質量，再利用Q=cmΔt 的變形式計算水升高的溫度，從而得到水升高到的溫度。
(3)電動機正常工作時的電路不屬于純電阻電路，計算電熱和消耗電能的多少都只能用對應的公式。
焦耳定律
電熱
影響因素
計算
焦耳定律
利用和防止

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