18 第4节 焦耳定律-【教材笔记】2026-2027学年九年级全一册物理课前预习笔记（人教版·新教材）

第4节 焦耳定律 学习目标 1.能通过生活实例，认识电流的热效应。 2.理解焦耳定律的内容，知道电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的 关系。 3.能运用焦耳定律进行简单的计算，解决实际问题。 问题 电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为 什么电炉丝热得发红（图18.4-1），而导线却几乎 不发热？」因为电炉丝的电阻北导线的电阻大，导致电 炉丝产生的热量比导线产生的热量多 图18.4-1通电的电炉丝 知识点1 电流的热效应 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象 产生。电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫 作电流的热效应。 电炉的电炉丝和导线中通过的电流相同，电炉丝 电流通过导体时产生热 量的多少与电流强度 热得发红，说明电炉丝的温度比导线高，电流在电炉 电阻大小和通电时间 丝上产生的热量更多。电流通过导体时产生热量的多 有关 少跟什么因素有关？ 演示 电热与电阻的关系 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 容器中电阻丝的电阻比较大。 两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通 52 0 过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个 图18.4-2电热与电阻的关系 U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？ 120 教材笔记物理九年级RJ 实验表明：在电流相同、通电时间相同的情况下， 一段电阻丝的电阻越大，这段电阻丝产生的热量越多。 电热与电阻的关系、电热与电流的关系实验注意 1.实验开始前要检查仪器的气密性，实验中应使两容器密闭且封闭等量的空气， 不能漏气。 2.实验开始前要让U形管中左右两侧的液面相平 .做完第一个实验后要停一段时间，让密闭容器中的温度降低到室温再做第二个 实验。 >演示 电热与电流的关系 如图18.4-3所示，两个密闭容器中电阻丝的 电阻一样大，在其中一个容器的外部，将另一段 电阻丝与容器内的电阻丝并联，因此通过两个容 器中电阻丝的电流不同。闭合开关，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 52 50 化。你看到的现象说明了什么？ 图18.4-3电热与电流的关系 实验表明：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通 过一段电阻丝的电流越大，这段电阻丝产生的热量越多。 知识点2> 焦耳定律 英国物理学家焦耳（图18.4-4）做了大量实验，于 1840年最先确定了电流通过导体产生的热量跟电流、 电阻和通电时间的关系：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。这个规律叫作焦耳定律(Joule'slaw)。 如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示， 通电时间用t表示，那么焦耳定律为 图18.4-4焦耳 纯电阻电路 Q=PRt (J.P.Joule,1818-1889) y 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没 詹姆斯·普雷斯科特· 焦耳，出生于曼彻斯特 有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 近郊的沙弗特，英国皇 就等于消耗的电能W,即Q=W=Ut。 家学会会员，英国物理 学家 第十八章 电功率 121 再根据欧姆定律得出U=IR,就得到Q=Rt。 可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下， 根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦 耳定律一致。 知识拓展 如果用导线把电炉接到电路中，通过导线的电流全 有些用电器，如 部通过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。 电风扇、电冰箱、洗 通过前面的学习我们已经知道，导线的电阻很小，常见 衣机等，在工作时电 能主要转化成内能之1m长的导线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电 外的其他形式的能，阻为几十欧姆。所以，尽管通过的电流相等，电炉丝很 即消耗的电能中只有 热，而导线却不热。 很少一部分转化成 若电流通过用电器，电能没有全部用于产生热量， 内能。 例如电动机转动时消耗的电能大部分转化为机械能，则 消耗的电能大于电流所产生的热量。 本题关健是利用串、并联电路的电流、电压规律，结合焦耳定律分析不同连接方式下 电阻产生热量的多少 例题 四个电阻器的电阻分别为R、 R2、R、R4。如图18.4-5甲所示，电 阻为R、R2的电阻器串联后接在电 压为U的电路中；如图18.4-5乙所 图18.4-5例题电路图 示，电阻为R、R的电阻器并联后 也接在电压为U的电路中。已知R1=R3,2=R4,R>R2。 (1)电阻为R1和R2的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热 量多？ (2)电阻为R,和R4的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热 量多？ 解(1)在串联电路中，通过电阻为R和R2的两个电阻器的电流相 等。根据焦耳定律Q=PRt,当1、t相同时，Q与R成正比，由于R1>R2, 因此相同时间内电阻为R,的电阻器放出的热量比电阻为R,的电阻器多。 122 教材笔记物理九年级RJ (2)在并联电路中，电阻为R和R4的电阻器两端的电压相等。根据 货耳定伴0f8和武姆定#1一名可得0-分。由公式可知，电压 相同时，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比，且R> R4,因此相同时间内电阻为R4的电阻器放出的热量比电阻为R?的电阻 器多。 ©想想议议 额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位 时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产 生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？ 2 灯泡的颜定电压相同，正常工作的时间相同，根据Q=尺可知，电组越小，产生的热 量越多，其前提条件是电压相同；在电流相同时，正常工作的时间相同，根据Q=P 可知，电阻越大，产生的热量越多，其前提条件是电流相同；所以，在各自的前提条 件下，两种说法都是正确的，并不矛盾 知识点3>电热的利用和防止 生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电 热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的鸡苗孵化器 (图18.4-6)，都是利用电热的例子。 但是，很多情况下我们并不希望用电器的温度 过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多 安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿 图18.4-6鸡苗孵化器 命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地 散热。例如，笔记本电脑通过安装风扇散热，一些 手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热。大数据 服务器会产生大量电热，可通过多种方式进行散热 (图18.4-7)。 图18.4-7大数据基地的散热设备 仿止电热危害的方法：电视机后盖有散热窗；电动机利用翼状散热片增加散热面积 计算机机箱中装有小风扇；电水箱放置时背面要与墙壁保持一定距离等。 第十八章 电功率 123 练习与应用 1.通过某电阻丝的电流为2A时，测得它的电阻是22，该电阻丝1min产生多少 热量？ 由题意可得，该电阻丝1min产生的热量 Q=PRt=(2A)2×22×1×60s=480J 2.一台额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，1min产生多少热量？ 在额定电压下使用，该电饭锅1min产生2.7×104J的热量。 3.一个电烙铁的额定电压是220V,在额定电压下工作时的电阻是12102，它的额定 功率有多大？在额定电压下通电10min产生多少热量？ 由题意可知，电烙铁的额定功率 U-(220v)2-40W P=R=12100 在颜定电压下通电10min产生的热量 Q=W=Pt=40W×10×60s=2.4×104J 4.某校师生自制了一台电烤箱。电烤箱的电阻丝通过5A的电流时，1min可产生 6.6×104J的热量。求这台电烤箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。 这合电烤箱的电功率为1.1×103W;电阻丝工作时的电阻为442。 5.一个电热水壶的容量为1L,电功率为1000W,在标准大气压下按上述容量烧开 一壶初温为20℃的水，至少需要多长时间？ 至少需要的时间为336s。 6.电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流 导致的发热，或者尽快把发出的热散失掉。 (1)列举两个生活或生产中利用电流热效应的实例。 (2)列举两个生活或生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施。 (1)电暖器、电塔铁、电饭锅等都是利用电流的热效应工作的，把电能转化为 内能。 (2)电视机、计算机等在工作时产生的热量是有害的，电视机通过外壳的散热 窗、计算机通过散热风扇散热，防止电流热效应产生的热量带来危害。 7.在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根导线连接起来。有人把导线简 单地拧在一起，这样会使得连接处电阻增大，导致连接处比别处容易发热，甚 至引起火灾。这是为什么？ 略。 124 教材笔记物理九年级RJ 复习与提高 1.某电动机铭牌上标有额定电压380V、额定电流2.1A。电动机正常工作1min消耗 的电能是多少？这些电能主要转化为什么形式的能？ 电动机正常工作1min消耗的电能 W=Ut=380V×2.1A×1×60s=47880J 电动机工作时主要将电能转化为机械能。 2.现在广泛使用的LED灯比荧光灯更节能。一盏与40W的荧光灯亮度相同的某LED 灯，功率只有18W。把一盏40W的荧光灯换成该LED灯，日均正常工作4h,一年 可以节约多少电能？ 一年可以节约的电能 W=Pt=(0.04kW-0.018kW)×4h×365=32.12kW·h 3.某手机电池的容量为4000mA·h,可以理解为充满电的手机以4000mA的电流放 电1h,其电量显示将由100%下降为0。若该手机电量显示从80%降到70%的过程 中，电池电压保持3.7V不变，这个过程中消耗了多少电能？如果这些电能可以持 续通话0.8h或待机48h,那么手机在通话和待机状态下的电功率之比是多少？ 该手机充满电时储存的电能 W=U1t=3.7V×4000×10-3A×3600s=53280J 该手机电量显示从80%降到70%消耗的电能 W=W×(80%-70%)=53280J×0.1=5328J 手机通话功率与手机待机功率之 P通_W.WWt华 48h =60:1 P特t道t特t通入W 0.8h 4.图18-1是一种手持小风扇的铭牌。小风扇吹强风时 (手持迷你小风扇) 以额定功率工作，它1.5h消耗的电能是多少？如果 产品型号： 这些电能可以让小风扇吹中等强度的风工作2.5h, 额定输人：5V=lA@ 小风扇吹中等强度的风时电功率是多少？略。 额定功率：4W 额定工作电压：3.7V= 5.图18-2模拟简易调光灯的调节过程。已知小灯泡 电池容量：锂电池1800mAh 的规格为“6V0.5A”,电源电压为6V。滑动变 使用时间：强风≥1.5h,入 阻器滑片由最左端向右滑动时小灯泡逐渐变暗，当 中风≥2.5h,弱风≥5h 充电时间：3h 滑到最右端时电流表的示数为0.2A。如果灯丝电 阻不变，小灯泡实际电功率的范围是什么？ 图18-1 电源+ 图18-2 小灯泡实际电功率的范围是0.48~3W。 第十八章电功率 125 6.图18-3是一种电热水壶工作电路的示意图，其中电阻 1 为R1和R2的电阻器都是用来加热的，S1是总开关，S2是 S22 R, 挡位开关。当S2接1时，电热水壶处于加热状态，电 R 功率为1100W。当S2接2时，电热水壶处于保温状态， 220V 此时电阻为R1的电阻器的电功率为2.75W。 图18-3 (1)电阻R1是多少？ (2)开关S2接2时，电路中的电流是多少？ (3)电热水壶处于保温状态时的电功率是多少？ (1)电阻R1是442。 (2)开关S2接2时，电路中的电流是0.25A。 (3)电热水壶处于保温状态时的电功率是55W。 7.某实验小组的同学用图18-4所示的器材测量小灯泡的电功率。已知待测小灯泡 的额定电压为3.8V,小灯泡 的额定功率约为1.2W。 (1)连接电流表时，应选用哪 个测量范围？ (2)用笔画线表示导线，完成 电路的连接。 (3)画出相应的电路图。 图18-4 (1)连接电流表时，应选用0~0.6A的测量范围。 (2)见图18-4。 (3)略。 8.某同学看见机场有规定：“严禁携带额定能量超过160W·h的充电宝搭乘飞机。” 我们知道W是功率的单位瓦，h是时间的单位时，所限定的160W·h是指能量的 大小。他带了一个充电宝，看见铭牌上写着“电池容量20000mA·h/3.7V”。 (1)他能带这个充电宝搭乘飞机吗？ (2)假设把一个物体缓慢举高1m所做的功恰好等于160W·h,该物体的质量有多 大？g取10N/kgo 略o 26 教材笔记物理九年级RJ