14.5 焦耳定律--2023-2024学年鲁科版（五四制）物理九年级上学期

14.5 焦耳定律 知识梳理 一、电流的热效应 1．定义：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。 2．影响电流的热效应大小的因素：导体通电时，产生热的多少与电流的大小、导体电阻的大小和通过时间有关。通电时间越长，电流越大，电阻越大，产生的热量越多。 知识点诠释：电流通过导体时，电流的热效应总是存在的。这是因为导体都有电阻。导体通电时，由于要克服导体对电流的阻碍作用，所以要消耗电能，这时电能转化成内能。如果导体的电阻为零，电流通过导体时，不需要把电能转化成内能，这时电能在导体中传输时也不会因发热而损失。 3. 探究影响电流通过导体产生的热量的因素 （1）电流产生的热量与电阻的关系 如图18.4-2所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。 两容器中的电阻丝串联起来接到电两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么? 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。 （2）电流产生的热量与电流大小的关系 如图所示，两个密闭容器中的电阻一样大，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，因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么? 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。 二、焦耳定律 1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻成正比，跟通电时间成正比。这个规律叫焦耳定律。 2．公式：Q=I2Rt 知识点诠释：焦耳定律的另外两个表达式：Q=UIt=U2Rt 1. 从公式我们能看出，电流通过导体产生的热量受电流的影响最大。 2. 在应用焦耳定律的表达式来解决问题时，应该根据具体情况进行分析选用，例如，当几个导体串联起来时，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，应用表达式Q=I2Rt分析，此时导体产生的热量与电阻R成正比；当几个导体并联起来时，由于加在导体两端的电压相等，通电时间也相等，应用表达式Q=U2Rt分析，此时导体产生的热量与电阻成反比。 3. 几个公式的比较 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本公式 W=UIt 普遍适用 导出公式 纯电阻电路W=Q 4. 只有在纯电阻电路中可以用电功公式计算电热。因为在纯电阻电路中，电流做的功全部用来产生热量，此时电功等于电热，即W=Q。而在非纯电阻电路中，电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电动机工作时，既产生热量又产生机械能，电功等于热量与机械能之和，即W>Q，故此时就不能用电功的公式来计算电热了。 三、电热的利用和防止 1. 电热的利用:日常生产、生活中会经常用到电热，如家用的热水器、电饭煲等，这些都是用电来加热的设备，叫电热器。 要点诠释： 这些用电器的共同特点就是利用电流做功，将电能转化成内能，使我们获得需要的热量。 有些电器通电时也能产生热量，但是由于不是用电来加热的，所以不能叫电热器(如电视机、电脑等)。 2. 电热的危害:很多情况下，电流通过导体时产生的热量，并不是我们需要的，这时电能白白消耗掉了，有时还会引起事故甚至灾害，所以要想办法阻止电热的产生。 要点诠释： 我们说的电热的危害是对于我们的需要来说的，如果产生的热量是我们需要的，那对我们是有利的，反之就是有害的，如:电视机在工作时产生的热量，在正常观看时是有害的，但当电视机长时间不用时，我们可以利用电热来驱潮，这时的电热是有利的。 电热器在工作时产生的热量如果过多，也会带来危害，所以我们在正常使用电能产生的热量时，也要注意安全。 基础训练 一、单选题 1．实验桌上有电、开关、滑动变阻器各一个，两个完全相同的保温烧瓶甲和乙，瓶内分别装有质量相等、初温为20℃和25℃的煤油以及电阻丝和温度计，如图所示。用导线将这些器材连接好，然后开始验证：“电流通过电阻丝产生热量的多少与电阻的大小是否有关”。下列说法中正确的是（　　） A．两个烧瓶内电阻丝的阻值不同 B．通过两烧瓶内电阻丝的电流不同 C．本实验用温度计末态示数表示电阻丝产生热量的多少 D．如果将乙瓶中的煤油换成质量相等、初温相同的水，也可以完成此验证实验 2．现有“6V 3W”和“12V 6W”字样的甲、乙两只灯泡，不考虑灯丝电阻的变化，下列说法正确的是（　　） A．通电时间相同时，甲灯泡消耗的电能一定比乙灯泡少 B．通电时间相同时，电流通过乙灯泡比甲灯泡做功一定快 C．两只灯泡串联工作时，甲灯泡产生的热量一定比乙灯泡少 D．两只灯泡并