18.4 焦耳定律-2023-2024学年九年级全一册物理同步精剖细解讲义（人教版）

18.4 焦耳定律 ——精剖细解讲义 知识点1：焦耳定律 1、电流的热效应 定义：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。 电热器：利用电流的热效应工作的电器。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。 电流通过导体时电能产生热的多少跟什么因素有关？实验过程如下： 当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里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。实验中，通过观察管中液面上升的高度来比较电流产生的热量的多少。 实验一：研究电热与电阻关系 实验操作：两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通过相同时间后比较两个U型管中液面高度的变化。 实验现象：右边的液面更高。 实验结论：在通电时间和电流大小相同的情况下，电阻的阻值越大产生的热量越多。 实验二：电流通过导体时产生热的多少与电流大小的关系 实验操作：两容器中的电阻丝阻值一样大，在其中一个容器的外部将一个电阻和这个容器内的电阻并联，因此通过两容器中的电流不同，通过相同时间后比较两个U型管中液面高度的变化。 实验现象：右边的液面更高。 实验结论：在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过电阻的电流越大产生的热量越多。 影响电流通过导体时产生热量的因素：通过导体的电流、导体的电阻、通电时间。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体时产生的热量越多。 【实验考点】 （1）实验采用煤油的目的：煤油比热容小，在相同条件下吸热温度升高的快；而且是绝缘体。 （2）被加热材料选用空气的原因：空气受热易膨胀，实验现象更明显。 （3）选用加热材料的要求：质量、初温、材料相同。 （4）探究电热与电流的关系是需控制电热丝的电阻和通电时间相同，采用在其中一个电阻的两端多并联一个电阻的方式。探究电热与电阻的关系是需控制电流和通电时间相同，采用串联的方式；探究电热与通电时间的关系时需控制电阻和电流相同，通过改变通电时间的长短的方式。 （5）通过温度计升高的示数或者U型管液面的高度差来比较热量的多少. （6）U型管没有明显的高度差的原因：①电阻断路或者短路；②装置漏气。 2、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与电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。 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。 表达式：Q = I2Rt。适用范围：普遍适用，适用于任何用电器和电路。公式应用的注意事项：同体性（Q、I、R、t必须对应同一段导体或同一个用电器）；同时性（Q、I、R必须是同一时间t内同一段电路中的三个物理量）；统一单位（Q、I、R、t四个物理量的单位都必须是国际单位）。 推导过程：在纯电阻电路中，电流所做的功全部转化为热量，而没有转化为其他形式的能，那么，此时电流产生的热量Q就等于消耗的电能W电，即Q=W电，因W电=UIt，根据欧姆定律的变形式U=IR，可推导出Q=W电=UIt=IR·lt=I2Rt。 电功与电热的比较： 3、电热的利用与防止 电热的利用：电热的主要作用是制成各种各样的电热器。电热器的主要部分是发热体，发热体一般由电阻大、熔点高的金属导体制成。电热器工作时主要将电能转化为内能，常见电热器如热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。 很多用电器在工作时，虽然也会将一部分电能转化为内能，但其目的并不是利用电热，而是将电能转化为其他形式的能，这样的用电器不是电热器。比如电动机和电风扇工作时主要将电能转化为机械能，电视机工作时主要将电能转化为声能和光能等，它们都不是电热器。 电热的防止：很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。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。 电流的热效应 1．下列利用电流热效应工作的用电器是（　　） A．电视机 B．电风扇 C．电脑 D．电炉 2．如图甲所示，将一对磁性材料制成的弹性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有间隙，就制成了一种磁控元件﹣﹣干簧管，它可以用于自动控制。小明自制了一个线圈，将它套在干簧管上，制成一个干簧继电器，用来控制灯泡的亮灭，如图乙所示。请你分析这种干簧继电器的工作原理包括（　　） ①磁化 ②电流的磁效应③磁场对电流的作用 ④磁极间的相互作用 A．①② B．①②③ C．①②④ D．①②③④ 3．下列属于防止电流热效应产生危害的实例是（　　） A．家里使用电热水壶烧水 B．利用电视机后盖的小孔散热 C．家里使用电饭锅煮饭 D．小佳妈妈使用电熨斗熨衣服 探究影响电流通过导体时产生热量的因素 4．如图是探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关的实