15.3 探究电流热效应跟电 阻的关系

问题 （1）灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡有什么感觉？为什么？ （2）电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？为什么？ 答案: 发烫。是电流的热效应。

为什么？ 灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热却觉察不出来。这是为什么？ 不烫手 烫手 为什么？ 灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热却觉察不出来。这是为什么？

为什么？ 着火了！ 家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾，这又是为什么？

要解释上述两个现象，我们必须研究。 电流产生的热量与哪些因素有关。 灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。 不烫手 烫手 家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾。 要解释上述两个现象，我们必须研究。 电流产生的热量与哪些因素有关。

一、正比还是反比 实验 电流热效应跟电阻的关系 实验目的 研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关 实验器材 实验 电流热效应跟电阻的关系 实验目的 研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关 实验器材 电源、开关、烧瓶、电流表、滑动变阻器 、导管、适量煤油和足够导线 实验原理 当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的煤油温度升高、体积膨胀，瓶塞上面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。我们可以通过管中液面上升的高度比较电流产生的热量。

两个相同的烧瓶中装满煤油 分别放入电阻不同的电阻丝 通电后导管中的煤油上升。

实验分析 在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。 即：电流相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成正比。 1 即：电流相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成正比。 在电压和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越少。 2 即：电压相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成反比。

1. P=IU P=IU=I×IR=I2R 　 U=IR 结论： 在电流相同的情况下，电能转化成热能时的功率跟导体的电阻成正比。 即：在电流相同时，电阻较大的导体在一定时间内产生的热较多。

P= 结论： 在电压相同的情况下，电能转化 成热能时的功率跟导体的电阻成反比。 即：在电压相同时，电阻较大的 2. P＝UI I＝ 结论： 在电压相同的情况下，电能转化 成热能时的功率跟导体的电阻成反比。 即：在电压相同时，电阻较大的 导体在一定时间内产生的热量较少。 P=

二、电流热效应的应用与控制 英国物理学家焦耳做了大量的实验,于1840年最先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。 1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 2.公式：Q= I2Rt 3.单位：I-安，R-欧，t-秒，Q-焦。 注意：热量跟电流的平方成正比，若通过一个用电器的电流增加到3倍时，它产生的热量增大到 倍。 9

焦耳在1818年12月24日生于英国曼彻 斯特，他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心的学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。1840年，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流和电阻时的水温。通过这一实验，他发现：导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流的平方之积成正比。四年之后，俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果，从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性。因此，该定律称为焦耳—楞次定律。焦耳活到了七十一岁。1889年10月11日，焦耳在索福特逝世。后人为了纪念焦耳，把功和能的单位定为焦耳。

根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律。 若电流做的功全部用来产生热量即Q = W 又 W = UIt 根据欧姆定律U = IR Q = W = UIt = I2Rt 焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用Q =W = UIt = Pt = t来计算热量。 纯电阻电路：W总=Q放=Pt=UIt= t=I2Rt 注意： 非纯电阻电路：W总＞Q (W总＝UIt =W外＋Q)

二、电流热效应的应用与控制 根据焦耳定律可知，生活中用电器在工作时，会产生电热，怎样合理地应用电热和防止电热造成的危害呢？ 你知道吗？

电热的利用和防止 1.电热器：利用电流来加热的设备。 主要部件：发热体（电阻率大、熔点高） 应用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电孵化器、电烙铁等等。 2.电热的防止：电视机后盖的散热窗、电脑主机里面的小电风扇等等。

牛刀小试 1.焦耳定律是反映电流的 效应的规律，即_____转化为 的规律。 1.焦耳定律是反映电流的 效应的规律，即_____转化为 的规律。 热 电能 热能 2.电流通过电风扇做功时, 能转化为___能和_____________ 能，如果电流做功3.6×106J,电风扇获得的机械能一定 ______ 3.6×106J。 电 机械 热 小于

3. 下列用电器正常工作时，要防止电流热效应的是( ) A．电灯 B．电视机 C．电饭锅 D．电熨斗 3. 下列用电器正常工作时，要防止电流热效应的是( ) A．电灯 B．电视机 C．电饭锅 D．电熨斗 4. 下列家用电器中，利用电流热效应工作的是( ) A．电风扇 B．电饭锅 C．电冰箱 D．电视机 B B

课时练习 1.电流通过导体时产生的热量跟__________成正比，跟导体 的____成正比，跟__________成正比，这个规律叫做焦耳 定律，数字 表达式是_______. 2.电热器是利用电流的__效应制成的，它的主要部件是 ______.电流流过电热器所做的功全部用来产生____. 3.有两根金属电阻丝，电阻分别为5Ω和15Ω，将它们串联后 接在一个电源两端，它们的电 压之比为_____，在相同的时间 内产生的热量之比为______； 如果将它们并联同一电源两极间 ，通过它们的电流之比为____，在相等的 时间内产生的热量 之比为____. 电流的平方 电阻 通电的时间 Q=I2Rt 热 发热体 热量 1∶3 1∶3 3∶1 3∶1

4.在两根横截面积相同、长度不同的镍铬合金线两端分别加上相同的电压，那么下列说法 中正确的是( ) A.长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多 B.短的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多 C.长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较少 D.短的镍铬合金线电阻较小，相同时间内产生的热量较少 5.一根电阻丝接在电压U=5V的电源上，在1s内产生的热量是2J，要让该电阻(其电阻大 小恒定不变)产生8J的热量，可采用的办法是( ) A.使电源电压变为10V，通电时间仍为1S B.使电源电压仍为5V，通电时间变为2S C.使电源电压变为20V，通电时间变为 S D.使电源电压变为10V，通电时间变为2S C A

6.有一种家用电熨斗的规格为“220V，300W”，这种电熨斗内部的电热丝的电阻是多少?如 在额定电压下工作，1min内产生的热量是多少? 【答案】161.3Ω，1.8×104J

典型例题解析 【例1】用电炉烧水时，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接着铜导线却不怎 么热，这是为什么? 电炉的电阻丝和铜导线是串联在同一电路中的，所以通过的电流是相同的，时间也是相同的，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当两导体中电流和通电时 间均相同时，电流产生的热量与导体的电阻成正比.由于电炉的电阻丝的电阻比铜导线的电 阻大得多，所以电炉丝产生的热量比铜导线要大得多. 【例2】一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈 的电阻为2Ω ，通过线圈的电流为10A.这台电动机正常工作时， 一秒钟消耗的电能为____J，产生的热量为___J. 3800 200

【例3】在如图9-3-1所示的电路的方框内有一种发热装置，它是由三段阻 值相同的电热丝组成，这个发热装置的电路与方框外的电路相连接 【例3】在如图9-3-1所示的电路的方框内有一种发热装置，它是由三段阻 值相同的电热丝组成，这个发热装置的电路与方框外的电路相连接.当开关S掷到A点时 为高温，掷到B点时为低温(电源电压不变)，且在相同时间内，高温时产生的热量是低 温时产生的热量的2倍，试在方框内画出它的电路图.

【例4】现有甲、乙两只废旧电炉，分别标有“220V，1000W” 这些电热丝来自制一个电热器接入照明 电路中使用，下列设想 可行的是( ) A.要使电热器的电功率为250W，只要将乙电热丝的一半接入 电路 B.要使电热器的电功率为2000W，只要将乙电热丝分成等长的 两段并联后接入电路 C.要使电热器的电功率为400W，只要将乙电热丝与一半长的 甲电热丝串联后接入电 路 D.要使电热器的电功率为750W，只要将两只电热丝各取一半 串联后接入电路 C

课时训练 1.某同学自制了一个“电热驱蚊器”，它的发热元件是一个阻值为1.0×104Ω的电阻. 将这个电热驱蚊器接在电源的两端，当电源两端电压为220V时，1min内产生的热量的______J. 2.一个标有“220V，500W”字样的电加热器(俗称“热得快”)，正常工作20分钟产生的热 量为______焦.假若电加热器放出的这些热量全部被水吸收，在标准大 气压下 ____(填“能”或“不能”)将质量为2千克20℃的水加热至沸腾. 3.阻值为R的电热丝接到电压不变的电源上，3分钟可以使一杯水烧开，现换用阻值为2 R的电阻，再接到此电源上，__分钟可以使同样的一杯水烧开. 290.4 6×105 不能 6

4. 如图9-3-3所示，电源电压220伏，R是电烙铁，标有“220V，40W”字样；L是电灯泡 ，标有“PZ220—40”字样 4.如图9-3-3所示，电源电压220伏，R是电烙铁，标有“220V，40W”字样；L是电灯泡 ，标有“PZ220—40”字样.当开关S闭合时，电烙铁每分钟产生的热量是________焦，当开关S断开时，电烙铁的实际功率是__瓦；开关S断 开后，整个电路工作__小时消耗1千瓦电能. 5.将规格分别为“220V，1000W”和“220V，500W”的甲、乙两根电阻丝串联起来 ，接入一电源两极，电源最大不能超过___伏，此时，整个电路的最大功率 是___瓦. 2.4×10 3 10 50 图9-3-3 395 748

6. 研究焦耳定律的实验装置如图9-3-4所示，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各放一根 电阻丝，甲瓶中电阻丝的阻值比乙瓶中的电阻大 6.研究焦耳定律的实验装置如图9-3-4所示，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各放一根 电阻丝，甲瓶中电阻丝的阻值比乙瓶中的电阻大.实验分三步进行，其中第一步为：接通电 路一段时间，比较甲、乙两瓶中的煤油哪个上升得高，这一步是在什么情况下研究热量跟哪 个物理量的关系?( ) A.是在通电时间相同的情况下，研究热量跟电流的关系 B.是在电流相同的情况下，研究热量跟通电时间的关系 C.是在电流相同但电阻不同的情况下，研究热量跟通电时间的关系 D.是在电流和通电时间相同的情况下，研究热量跟电阻的关系 D

7.如图9-3-5所示，a、b相同容器中分别装有相同质量的水，水中的电阻丝的阻值分别 为R1和R2，且R1＜R2，则闭分开关S后，a、b容器中水温上 升较快的是( ) A. a容器中的水 B. b容器中的水 C. a、b容器中的水温上升的快慢一样 D.无法判断 B 图9-3-5

8.有一个标有“220V，1000W”的电炉，想把它接在110V的线路上使用，同时又不改变原有 的功率，其办法是( ) A.把电炉的电阻丝截去一半 B.用另一根和它相同的电阻丝串联 C.用另一根和它相同的电阻丝并联 D.把电炉的电阻丝截成相等的两段后再并联起来 9.在温度是20℃的2400g的水里有一根阻值为10Ω的电阻丝.若通过这根电阻丝的电流是10 A，需要多少时间才能把水加热到95℃(假设电阻丝放出的热量全部被水吸收)? D 【答案】756秒

方法小结 对于用电器吸热量的计算，首先要分析该电器是非纯电阻性器件还是纯电阻性器件，初中阶 段研究的用电器大多为纯电阻性器件.对于非纯电阻性器件，电流产生的热量只能用Q=I 2Rt来计算，而纯电阻性器件则可用下列等式中任一个计算热量：Q=I2Rt= W=UIt=U2/Rt=Pt.在很多情况下，计算纯电阻性器件产生的电热问 题，可归结为用电器的电功率的计算问题(因为通电时间往往为已知)，所以必须理解电 功率的各个计算公式，以及串并联电路特性和欧姆定律.至于将用电器的电热问题与热学中 的热量问题相结合的题目，关键抓住两者之间的联系，即有百分之多少电热被水或其他物质 吸收了，然后分头求解即可.

课堂小结 1.电热与电阻的关系 （1）电流相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成正比。 （2）电压相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成反比。 2.电热的应用和控制 （1）焦耳定律 （2）电热的应用和控制 Q =I2Rt