15.4 探究焦耳定律

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？ 烫手 不烫手 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。 烫手 不烫手 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。 烫手 不烫手 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=

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 4 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

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