焦耳定律实验及电热计算
焦耳定律
的"3000r/kW・h"字样，他求出了吹风机吹冷
风时的功率为
W.（3）在上述基础上，
小明算出了应选配的电热丝的阻值，修好了
电吹风机．请你写出电热丝阻值的计算过程．
某电吹风的简化电路图如图所示，R1、R2是发热电阻丝，M
练习
是电动机。开关 S1闭合后， S2 接 1、 2时吹冷风，通过电动 机的电流为 O.1A;S2接2、3时吹温风，R1的阻值为 110Ω。 S2接3、4时吹热风，电吹风的总功率为1100W。电源电压为 220V。试求：(1)吹冷风时，电动机
练习
4、如图所示，电源电压为220V,且保持不变，R为“220V,25W” 的电烙铁，L为“220V,40W”的灯泡，求（1）当S闭合时，电烙 铁在1min 内产生的热量；（2）当S断开时，电烙铁在1min 内 产生的热量。 220V
×
例题
例2：某电动机上标有“220V,2A”它的线圈电阻为5 Ω， 当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产 生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少 的机械能？
的功率是多少?(2)吹温风时，通过R1 的电流是多少?(3)吹热风时，R2的电 阻是多少?(结果保留小数点后两位)
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 = U2/R t来计算热量. 注意： 纯电阻电路：W总=Q放=Pt=UIt=U2/R t=I2Rt 非纯电阻电路：W总＞Q (W总＝UIt =W外＋Q)
练习
焦耳定律与电功的计算方法与应用
焦耳定律与电功的计算方法与应用电功是电能转化为其他形式能量的过程中所做的功，它在电力工程中具有重要的应用价值。
而焦耳定律则是计算电功的基本原理。
本文将介绍焦耳定律的原理及其在电功计算中的应用方法。
焦耳定律是由英国物理学家焦耳在19世纪初提出的，它描述了电流通过电阻产生的热量与电流强度、电阻值以及时间的关系。
根据焦耳定律，电功可以通过以下公式进行计算：W = I^2 * R * t其中，W表示电功，I表示电流强度，R表示电阻值，t表示电流通过电阻所用的时间。
这个公式告诉我们，电功与电流强度的平方成正比，与电阻值和时间成正比。
焦耳定律的应用非常广泛。
在电力工程中，我们经常需要计算电器设备消耗的电功，以便评估其能源利用效率。
例如，当我们使用电热水壶加热水时，可以根据焦耳定律计算出加热水所消耗的电功。
通过这种方式，我们可以选择更节能的电器设备，从而降低能源消耗。
除了能源利用效率评估，焦耳定律还可以应用于电线的选型和散热设计。
根据焦耳定律，电线的电功损耗与电流强度和电阻值成正比。
因此，在设计电线时，我们需要根据实际的电流强度和电阻值计算出电功损耗，以确保电线不会过热。
同时，我们还可以根据焦耳定律计算出电线的散热量，从而选择合适的散热设备，保证电线的正常运行。
焦耳定律的应用还可以扩展到电子元件的工作温度计算。
电子元件在工作过程中会产生一定的电功损耗，这会导致元件温度升高。
根据焦耳定律，我们可以计算出电子元件的功率损耗，从而估算其工作温度。
通过这种方式，我们可以及时发现并解决元件过热问题，确保电子设备的正常运行。
总结起来，焦耳定律是计算电功的基本原理，它描述了电流通过电阻产生的热量与电流强度、电阻值以及时间的关系。
在电力工程中，焦耳定律被广泛应用于能源利用效率评估、电线选型和散热设计以及电子元件的工作温度计算等方面。
通过合理应用焦耳定律，我们可以提高能源利用效率，确保电器设备的安全运行。
焦耳定律
•（1）电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？ •（2）电风扇正常工作时消耗的电功率和发热功率是 多少？转化为机械能的功率是多少？
•（3）如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能 转动，这时通过电动机的电流？
P =W/t=UI（电功普适公式）
国际单位“瓦（W）” 常用单位“千瓦（kW）”
物理学史
焦耳
（James Prescott Joule，1818—1889），
英国物理学家。用近 40 年的时间做了
400 多次实验，研究热和功的关系。通过大
量的实验，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。
小组讨论 珍爱生命，安全用电
为什么学校不让同学们用 热得快、电水壶、电吹风 这样的大功率用电器？
关键字式小结
知识点
1 电路？？？
知识点
2 能量转化的方式？？？
知识点
3 三功率？？？
3.3焦耳定律
电功
在一段电路中，电场力所做的功，也就是通常说的电 流所做的功，简称电功。 设一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，如图所 示。则在时间T内电流的做功W为多少？
电功
W=UIt（电功普适公式） 国际单位“焦（J）”
常用单位“千瓦时（kW·h）”， 也称为“度”
电功率
电功率是指单位时间内电流所做的功，或单位时间内 消耗的电能。
•（4）这时电动机消耗的电功率和发热功率是多少？
跟踪训练
某一电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因 此不转动，这时电流为I1=2A。当电压为 U2=36V时能带动负载正常工作，这时电流为 I2=1A。求： （1）这时电动机消耗的功率？ （2）这时电动机的热功率？ （3）这时电动机的机械功率？
2.5 焦耳定律
电能 → 内能
指某段电 路在某段 时间内消 耗的全部 电能!
W
Q
UIt (U＝IR) = I2Rt
指转化为内能 的那部分电能!
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，跟导体的电阻及通电时间成正比。
表达式：Q＝I2 Rt
热功率： 单位时间内的发热量。
表达式：P ＝ Q/t ＝ I2 R
焦耳定律
两只不同规格小灯泡、开电源，组成一个 串联电路。
谁 更 亮 ？
一、电功
如图一段电路两端的电压 为U，通过的电流为I，在 时间t内通过这段电路任一
横截面的电荷量 q＝It ．
则电场力做功 W＝qU 即： W＝UIt 。
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就是 通常所说的电流所做的功，简称为电功．
R
计算电功率和热功率时： P=UI =I2R = U2 R
2、非纯电阻电路中：
W>Q，即IUt>I2Rt，有 I U R
欧姆定律不成立，说明欧姆定 律不适用于非纯电阻电路！
计算电功时，只能用W=UIt；计算电功率时，只能用P=UI
计算电热时，只能用Q=I2Rt；计算电热功率时，只能用P=I2R
例1.规格为“220V，1000W”的电炉，求：
电炉正常工作时，通过电阻丝的电流
电炉的电阻
解：由P=UI知，电炉正常工作时： I额=P额/U额 =1000/220A ≈4.5A
电炉的电阻： R=U额2/P额 =2202/1000Ω =48.4Ω
解：电阻消耗的功率为 P热=I2R=502×0.4=1×103W 电动机消耗的功率为 P电=IU=50×220W=1.1×104W 电动的输出功率为 P机=P电-P热=1×104W 电动机每分钟所做的机械功为 W=P机t=1×104×60J=6×105J
焦耳定律实验
焦耳定律在新能源技术中的探讨
• 分析新能源技术中的电热转换过程 • 为新能源技术的发展提供理论支持
焦耳定律在未来科学研究中的展望
未来科学研究
• 探索新型电热转换技术和方法 • 研究焦耳定律在更多领域的应用
展望
• 焦耳定律将在未来科学研究中发挥重要作用 • 为科学发展和技术进步提供理论支持
改进措施
• 优化实验方法和步骤 • 提高实验精度和可靠性
05
焦耳定律实验的拓展与探究
焦耳定律在热能转换中的应用
热能转换原理
• 利用电热转换产生的热量进行热能转换 • 如：电热炉、热水器等
焦耳定律在热能转换中的应用
• 优化热能转换设备的设计 • 提高热能转换效率
焦耳定律在新能源技术中的探讨
新能源技术
CREATE TOGETHER
DOCS
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THANK YOU FOR WATCHING
01 检查实验器材和设备
• 确保电流表、电阻丝、温度计等设备正常工作
02 安装电阻丝和温度计
• 将电阻丝固定在支架上 • 将温度计放置在电阻丝附近
03 连接电源
• 将电源的正负极分别连接到电阻丝的两端
实验操作步骤与流程
开启电源
01
• 逐渐增加电流，记录电流值 和电阻丝的温度
数据记录 -每 隔一段时间记 录一次温度值
02
• 同时记录电流值和电阻值
实验结束
03
• 当电阻丝达到预定温度时， 关闭电源
实验数据记录与分析方法
数据记录
• 记录实验过程中的电流值、电阻值和温度值
数据分析
• 利用焦耳定律公式计算产生的热量 • 分析电流、电阻和温度之间的关系
电功率和焦耳定律
在物理学中，用电功率表示消耗电能的快慢。
电功率用Ｐ表示，它的单位是瓦特（Watt），简称瓦（Wa）符号是W。
电功率的大小不但与电流做功的多少有关，而且与做功所用的时间有关。
每个用电器都有一个正常工作的电压值叫额定电压，用电器在额定电压下正常工作的功率叫做额定功率，用电器在实际电压下工作的功率叫做实际功率。
目录•1基本简介•2常用电器•3课外知识•4所有公式•5详细内容•6学习口诀•7安全用电基本简介作为表示电流做功快慢的物理量，一个用电器功率的大小数值上等于它在1秒内所消耗的电能。
如果在"t"（SI单位为s）这么长的时间内消耗的电能“W”（SI单位为J），那么这个用电器的电功率就是P=W/t（定义式）电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积。
（P=U·I）。
对于纯电阻电路，计算电功率还可以用公式P=I^2 R和P=U^2 /R。
每个用电器都有一个正常工作的电压值叫额定电压，用电器在额定电压下正常工作的功率叫做额定功率，用电器在实际电压下工作的功率叫做实际功率。
瓦特1瓦特（1W）=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(V·A)①W—电能—焦耳（J）②1kw·h=3.6×10^6Jt—时间—秒(s) t=1小时（h）=3600秒(s)P—用电器的功率—瓦特（W）P=1kw=1000wP=W/t(两套单位，根据不同需要，选择合适的单位进行计算)W—能量表示符号。
W—瓦，功率单位电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能。
两端电压为U、通过电流为I的任意二端元件(可推广到一般二端网络)的功率大小为P = UI功率的国际单位制单位为瓦特(W)，常用的单位还有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它们与W的换算关系是：1mW=1000000W ；1kW=1000W吸收或发出：一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。
焦耳定律
焦耳定律知识要点一、因为导体有电阻，所以电流通过导体时会产生热量（电能转化为内能）。
我们把这种现象叫电流的热效应。
二、焦耳定律（一）实验：1．目的：研究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关？2．原理：根据煤油温度升高的情况来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少。
3．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，是绝缘体。
（二）焦耳定律内容：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。
（三）计算公式：Q=I2Rt (适用于所有电路)公式中的热量Q、电流I、电阻R和时间t的单位依次为焦（J）、安（A）、欧（Ω）和秒（s）。
1．无论用电器串联或并联，计算在一定时间所产生的总热量：Q= Q1+Q2+…Qn2．对于纯电阻电路可推导出：Q =UIt= U2t/R=W=Pt①串联电路中常用公式：Q= I2Rt Q1:Q2:Q3:…Qn=R1:R2:R3:…:Rn②并联电路中常用公式：Q= U2t/R Q1:Q2= R2:R1（四）应用——电热器：1．定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。
2．原理：焦耳定律3．组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。
4．优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。
针对性训练1、下列各种电器中，利用电流热效应工作的是（）A．电动机B．电风扇C．电冰箱D．电饭锅2．要使某电热器在相同的时间内产生的热量变为原来的4倍，可以采取的方法是A．电阻不变，使电压增大为原来的2倍[ ]B．使电流和电阻同时增大为原来的2倍1C．电压不变，使电阻减小为原来的2D．使电压和电阻同时增大为原来的2倍3、关于电热的利用，下列说法中正确的是（）A．电热对我们来说总是有利的B．电热对我们来说总是不利的C．电饭锅是利用电流热效应的原理制成的D．电视机工作过程中没有产生电热4、粗细均匀的电炉丝放入水中,通电10min水开始沸腾;若将电炉丝对折并联后放入同一壶水中,通电到水开始沸腾,所需时间是(不计一切热损失) ( )A．2.5min B．5min C．20min D．40min5、有甲、乙两条电热丝，其中电热丝甲的电阻是20Ω，将它放入一杯水中接通电源。
第六节焦耳定律
即时应用(即时突破，小试牛刀) 3.如图2－6－2所示，电源电动势E＝10 V，内 阻r＝0.2 Ω，标有“8 V 16 W”的灯泡L恰好正 常发光，电动机线圈电阻R0＝0.15 Ω，则电源的 输出功率为( ) A．16 W B．440 W C．80 W D．400 W 图2－6－2
解析：选 C.由 E＝U 外＋U 内 ，U 内 ＝E－U 外＝(10 U内 2 －8) V＝2 V， 内 ＝Ir， U 所以 I＝ ＝ A＝10 A， 0.2 r 电源的输出功率 P 102×0.2) W＝80 W.
图2－6－3 【思路点拨】 (1)电动机不转时相当于纯电 阻，由欧姆定律求线圈电阻． (2)根据能量守恒求电动机正常运转时的输出 功率．
【精讲精析】 当电流表和电压表的示数为 0.5 A 和 1.0 V 时电动机停止工作，电路中只有电动机的内阻 U1 1.0 V 消耗电能，其阻值 r＝ ＝ ＝2 Ω.当电动机正常 I1 0.5 A 工作时， 电流表、 电压表示数分别为 2.0 A 和 15.0 V， 则电动机的总功率 P 总＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W， 2 2 线圈电阻的热功率 P 热＝I2r＝2.0 ×2 W＝8.0 W，所 以 P 输出 ＝P 总－P 热＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W.
电热Q
1、定义:电流通过导体产生的热量. 2、公式:
(1)推导： 电能全部转化为内能： Q=W=IUt
欧姆定律：U=IR (2)实I
t
电热普适公式
焦耳定律：电流通过导体产生的热量Q 等于电流I的二次方、导体的电阻R 和通电时间 t 三者的乘积 ．
3、单位：焦(J) 千瓦时(kW· h).
【答案】
22.0 W
2Ω
【规律总结】
焦耳定律(4)
直线运动
一、电功
1、电流做功实质上是电场力推动自由电荷定向移动所 做的功. 做的功. 2、电流做功的过程伴随着电能和其它形式的能的转化. 电流做功的过程伴随着电能和其它形式的能的转化. 3、表达式 W＝UIt （定义式） 定义式）
二、电功率
1、表示电流做功快慢的物理量 2、表达式 P＝UI （定义式） 定义式）
直线运动
5焦耳定律
焦耳 (1818-1889)
直线运动
焦耳1818年12月24日生于英国曼彻斯特 年 月 日 焦耳
1840年，焦耳把环形线圈放入装水的试管内，测量不同电流强度 年 焦耳把环形线圈放入装水的试管内， 和电阻时的水温。通过这一实验，发现： 和电阻时的水温。通过这一实验，发现：导体在一定时间内放出 的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。四年之后， 的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。四年之后， 俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果， 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 焦耳― 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 1843年，焦耳设计了一个新实验完全否定了热质说 年
1844年，焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的温度变化，他在 年 焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的温度变化， 直线运动 这方面取得了许多成就。 这方面取得了许多成就。通过对气体分子运动速度与温度的关系 的研究，焦耳计算出了气体分子的热运动速度值，从理论上奠定 的研究，焦耳计算出了气体分子的热运动速度值， 了波义耳―马略特和盖 吕萨克定律的基础， 马略特和盖―吕萨克定律的基础 了波义耳 马略特和盖 吕萨克定律的基础，并解释了气体对器 壁压力的实质。 无论是在实验方面，还是在理论上， 无论是在实验方面，还是在理论上，焦耳都是从分子动力学 的立场出发进行深入研究的先驱者之一。 的立场出发进行深入研究的先驱者之一。 1847年 焦耳做了迄今认为是设计思想最巧妙的实验： 1847年，焦耳做了迄今认为是设计思想最巧妙的实验：他在 量热器里装了水，中间安上带有叶片的转轴， 量热器里装了水，中间安上带有叶片的转轴，然后让下降重物带 动叶片旋转，由于叶片和水的磨擦，水和量热器都变热了。 动叶片旋转，由于叶片和水的磨擦，水和量热器都变热了。根据 重物下落的高度，可以算出转化的机械功；根据量热器内水的升 重物下落的高度，可以算出转化的机械功； 高的温度，就可以计算水的内能的升高值。 高的温度，就可以计算水的内能的升高值。把两数进行比较就可 热功当量的准确值来 以求出热功当量的准确值来。 以求出热功当量的准确值来。 1850年，焦耳凭借他在物理学上作出的重要贡献成为英国皇 年 家学会会员。当时他三十二岁。 家学会会员。当时他三十二岁。
焦耳定律的理解及计算
电阻
时间
（2）计算公式： <m></m> ⑥______，公式中电流 <m></m> 的单位是安培 <m></m> ，电阻 <m></m> 的单位是欧姆 <m></m> ，时间 <m></m> 的单位是秒 <m></m> ，其中热量 <m></m> 的单位是焦耳 <m></m> .
1. 电流的热效应：电流通过导体时①____能转化为②____能，这种现象叫做电流的热效应．
第3题图
命题点精准练
1.下列现象或装置中，①电动机外壳上装散热片；②电视机后罩有许多小孔；③长期不用的电视机，隔段时间通电一次用来驱潮；④电暖手宝；⑤电脑机箱里装有小风扇，其中利用电流热效应的是______，防止电热带来危害的是________.（填序号）
③④
①②⑤
2.(2021云南)将规格都是“ ”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间.以下说法正确的是( )A. 三个用电器均能将电能全部转化为内能B. 根据 可计算出三个用电器的电阻相等C. 三个用电器消耗的电能一样多D. 三个用电器产生的热量相等
第11题图
[解析] 由电路图可知，电阻 、 、 串联，电压表测 两端的电压，当滑动变阻器 接入电路的电阻最大时，根据欧姆定律，电路电流最小，定值电阻 两端的电压最小，即 两端的最小电压为 ,此时电路中的最小电流 ；
当滑动变阻器接入电路的电阻为0时，电路电流最大， 两端的电压最大为 ，此时电路中的最大电流 ；此时 两端的电压 ， ；电路电流最小时， 两端的电压 ，则 ， ，故 .
1804 焦耳定律
物理
九年级
全册
第十八章
电功率
§18.4 焦耳定律
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产 生。请举例说明。
一、电流的热效应
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。
想想议议
电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热
得发红，而导线却几乎不发热? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?
火线
供 电 站 零线 小 明 家
电池的充、放电计算
蓄电池、手机用锂电池可多次使用，充电时电能转化为化学能， 放电时，化学能转化为电能。通常手机上标有“3.7V 780mA·h”表示电池的额定电压为3.7V，容量为780mA·h 则 电池能储存的电能 W=3.7V×780mA·h=3.7V×0.78A×3600s=10389.6J
二次方成正比，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：焦耳（J）
三、电能和电热关系
1．当电流通过导体时，如果电能全部转化为 内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电 流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即
Q = W = UIt = I2Rt 如：电暖器，电饭锅，电炉子等。 2．当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电 机的机械输送与线损
（2）在保证输送功率不变的情况下，为什么采用高压送电？
（3）若使用相同的输电线，输送相同的电功率，从减少输电 线的电能损失，确保供电来看，在500kV和110kV高压输电方案 中，应选用哪种输电方案？所选方案的输电损失为另一方案的 百分之几？
小明学了家庭电路知识后，利用电能表和秒表测量家中电热水 器的实际功率。他的做法是：打开标有“220V 1210W”的热水 器，关掉家里的其他用电器，测得电能表（标有“1800r/kWh”） 的铝盘转过200转所用的时间是400s。（热水器电热丝的阻值不 变），求： （1）热水器的实际功率； （2）通过热水器的电流； （3）下图是小明家的供电线路。已知此时供电站输出的电压是 220V，则供电站距他家多远？（已知每1km导线的电阻为5欧）
焦耳定律
焦耳定律是一个实验定律，它的适用范围很广。
遇到电流热效应的问题时，例如要计算电流通过某一电路时放出热量；比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律。
从焦耳定律公式可知，电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。
若电流做的功全部用来产生热量。
即W=UIt。
根据欧姆定律，有W=I^2;Rt。
需要说明的是W=U^2;/Rt和W=I^2;Rt不是焦耳定律，它们是从欧姆定律推导出来的，只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立(纯电阻电路）。
例如对电炉、电烙铁这类用电器，这两公式和焦耳定律才是等效的。
使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应关系相同。
当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。
注意：W=UIt=Pt适用于所有电路，而W=I^2;Rt=U^2;/Rt只用于纯电阻电路（全部用于发热）。
实验原理焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。
1841年，英国物理学家焦耳发现载流导体中产生的热量Q（称为焦耳热）与电流I 的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比，这个规律叫焦耳定律。
采用国际单位制，其表达式为Q=I^2*Rt或热功率P=I^2*R其中Q、I、R、t、P各量的单位依次为焦耳、安培、欧姆、秒和瓦特。
焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。
焦耳定律在串联电路中的运用: 在串联电路中,电流是相等的,则电阻越大时,产生的热越多. 焦耳定律在并联电路中的运用: 在并联电路中,电压是相等的,通过变形公式,W=Q=PT=U2/RT.当U定时,R越大则Q越小. 需要注明的是，焦耳定律与电功公式W=UIt只适用于纯电阻电路，即只有在像电热器这样的电路中才可用Q=W=UIt=I^2Rt=U^2t/R。
另外，焦耳定律还可变形为Q=IRQ（后面的Q是电荷量，单位库仑（c））。
第九讲：焦耳定律及电热
第九讲焦耳定律及电热专题【考点自测】一、电热及焦耳定律的比较二、电和热1．电流的热效应：电流通过导体时要转化成，这个现象叫电流的热效应。
2．电流热效应的的发热功率与电阻的关系：P热=I2R．3．电热的利用和防止：①电热器是利用电流的热效应制成的加热设备，主要组成部分发热体是由电阻、熔点的合金丝绕在绝缘材料上做成的。
②装风扇和安散热窗等，是为了加快散热，防止电热的危害。
【经典考题】例1．电子式电能表表盘上标有“3000imp/(kW·h)”字样，将某用电器单独接在该表上工作20min，电能表指示灯闪烁了300次．该用电器在上述时间内消耗的电能为__________kW·h，它的电功率是__________W。
同步练习（一）：1．小华家电能表4月底的示数为，5月底的示数为则小华家5月份消耗的电能_____________kW·h，应付电费________元(按每度电均价0．5元计算)．例2.人类正面临能源危机，为选用节能交通信号灯的灯源，实验室通过实验发现下表中的LED灯和白炽灯在正常工作时，光照强度相同有关数据如下表（1）请根据以上材料说明使用LED灯的两个优点①______________；②______________ （2）LED灯正常工作时的电流是______________A．每天正常工作10小时，使用LED灯比使用白炽灯可节约电能为________k W·h例3.有一海尔电热水器铭牌如右表：（1）防电墙技术就是在电热水器内部形成永久性电阻，从而降低异常情况下经过人体的电流值。
经过防电墙处理后，人体承受的电压不高于12V，如图19所示，这就保证了人体安全。
人体的最大电阻约为20MΩ，求防电墙的电阻大约是多少？（2）如果该电热水器在10min内产生的热量为7.8×105J,求电热水器的实际功率和电路的实际电压？同步练习（二）：=401.（08江苏镇江）如图所示电路，电源电压不变，R1Ω，R2=60Ω，通过R1的电流I1=0.3A，求：(1)电路的总电阻(2)电源电压(3)R2消耗的电功率(4)通电1min，电阻R1上产生的热量例3.培养菌种需要在相对稳定的温度环境下进行。
【高中物理】高中物理知识点：焦耳定律,电热
【高中物理】高中物理知识点：焦耳定律，电热电热（焦耳定律）：1、定义：电流通过电阻为r的导体时，t时间内导体上产生的热量，即电热2、公式：q=i2rt3、单位：j，4、物理意义：电流通过导体时所产生的电热5、适用条件：任何电路6、能量转变情况：存有多少电能转变为热能电功和电热的关系：①氢铵电阻电路消耗的电能全部转变为热能，电功和电热就是成正比的，所以存有w=q，uit=i2rt，u=ir（欧姆定律设立），；②非纯电阻电路消耗的电能一部分转变为热能，另一部分转变为其他形式的能。
所以存有w>q，uit>i2rt，u>ir（欧姆定律不设立）。
电功、电热的计算方法:对任何电路，电流作功均为电流产生的热量均为。
在纯电阻电路中，电功全部转化为电热，能量转化示意图表示为：。
则存有，故在计算电功或电热时，可根据题目中的条件，灵活选用以上公式分析计算。
若电流通过非纯电阻电路(例如电动机、电解槽等)时，能量转变的示意图则表示为：1)在非纯电阻电路中，如含有电动机的电路中电能转化为内能和机械能，即；在所含电解槽的电路中电能转变为内能和化学能，即为。
在这种情况下，电功只能用排序，电热就可以用计算。
(2)所含直流电动机的电路无法直观地认知变成它一定就是一个非纯电阻电路，必须从氢铵电阻电路和非纯电阻电路在能量转变上予以区分。
直流电动机两端加之电压以后，若电动机旋转，则存有电能转变为机械能，此时的电路为非纯电阻电路，部分电路的欧姆定律不再适用于。
若电动机不转回，则没电能转变为机械能，此时损失的电能全部转变为内能，这时的电路就是氢铵电阻电路。
因此，分析电路问题时，必须注重从能量的角度启程，这样可以并使思路清晰，解题变小成功。
(3)纯电阻电路中，即为；非纯电阻电路中，即为。
氢铵电阻电路与非氢铵电阻电路：相关高中物理知识点：电功电功：1、定义：所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功，简称电功。
高中物理 2.6 焦耳定律 电路中的能量转化
（3）单位：在国际单位制中电功的单位是焦（J），常用单位有千 瓦时（kW·h）。
1kW·h＝3.6×106J
2．电功率
（1）定义：单位时间内电流所做的功
（2）公式：P W UI 电功率普适公式 t
（3）意义：电功率表示电流做功的快慢． （4）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用单位还有千瓦（kW）。
2.6 焦耳定律 电路中的能量转化
一、电功和电功率
如图一段电路两端的电压为U，通过 的电流为I，在时间t内通过这段电
路任一横截的电荷量：q It
电场力做功：W qU 即：W UIt
1.电功：
（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电 流所做的功，简称为电功．
（2）公式：
电功普适公式
P W 适用于计算平均功率 t
３.额定功率和实际功率
P UI 适用于计算瞬时功率
用电器铭牌上所标称的功率是额定功率； 用电器在实际电压下工作的功率是实际功率； 用电器只有在额定电压下工作实际功率才等于额定功率。
二、电热和热功率
电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。 电动机把电能转化为机械能；电热器把电能转化为热能。
段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积．
（2）联系： 对纯电阻电路，电功率等于热功率； 对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形
式的功率之和．
小结：
电功和电功率、电热和热功率
1.电功: W UIt
2.电功率: P W UI
t
3.电热: Q I 2Rt 4.热功率: P Q I 2R
当外电阻为纯电阻电路时：P出 I 2R外
当R外=r时,P出最大，且最大值为：
电热计算公式
电热计算公式
电热公式是Q=W=Pt=UIt=（U^2/R）t。
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。
这个规律叫做焦耳定律，它最先是由英国科学家焦耳发现的。
焦耳定律可以用如下的公式表示：
Q=I^2Rt
电热公式还有另外的表示方法：
Q=W=Pt=UIt=（U^2/R）t
但是这种公式只适用于纯电阻电路，即电流通过导体时，如果电能全部转化为热，而没有同时转化成其他形式的能量，那么就是纯电阻电路，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt。
按照温度的不同分为：
低温型（最高100度，常用于液体加热，如水）；
中温型（100-500度,常用于电炉，烘烤设备）；
高温型（500度-1100度常用于高温炉内，超高温型（1100-1300度，常用于试验设备，特殊场合用加热炉）。
国内的电热技术虽然已经有很大的发展，但是一般国内的常规电热元件最高使用温度大多在500度以内，超过500度后，寿命极短。
焦耳定理实验报告
一、实验目的1. 理解焦耳定律的基本原理和适用范围；2. 通过实验验证焦耳定律的正确性；3. 掌握焦耳定律的实验方法及数据处理方法；4. 培养实验操作能力和科学探究精神。
二、实验原理焦耳定律指出，电流通过导体产生的热量Q与电流I的平方、导体的电阻R及电流通过时间t成正比，即Q=I^2Rt。
本实验通过测量电流、电阻和时间，验证焦耳定律的正确性。
三、实验仪器与材料1. 电源：直流电源，电压0～6V可调；2. 电流表：量程0～0.6A，内阻0.1Ω；3. 电阻箱：阻值范围0～999Ω，精度0.1Ω；4. 电热器：功率可调；5. 温度计：量程0～100℃；6. 电流表、电压表、开关、导线等实验器材；7. 铜丝：阻值约为10Ω；8. 实验记录表格。
四、实验步骤1. 将实验电路连接好，确保电路安全可靠；2. 调节电源电压为2V，记录电流表的读数I1；3. 将铜丝接入电路，记录电阻箱的阻值R1；4. 调节电源电压为4V，记录电流表的读数I2；5. 调节电源电压为6V，记录电流表的读数I3；6. 在电热器上放置温度计，记录初始温度t1；7. 开启电源，使电流通过铜丝，记录电流表的读数I4；8. 在一定时间后，关闭电源，记录温度计的温度t2；9. 重复步骤7和8，记录温度计的温度t3、t4、t5；10. 计算不同电流下产生的热量Q1、Q2、Q3，并记录实验数据。
五、实验数据及处理1. 计算不同电流下产生的热量Q：Q1 = I1^2 R1 t1Q2 = I2^2 R2 t2Q3 = I3^2 R3 t32. 根据实验数据，绘制电流I与热量Q的关系图，观察规律；3. 分析实验结果，验证焦耳定律的正确性。
六、实验结果与分析1. 通过实验数据，绘制电流I与热量Q的关系图，可以发现电流I与热量Q成正比关系，符合焦耳定律；2. 实验结果与理论预期相符，验证了焦耳定律的正确性；3. 实验过程中，电流、电阻和时间等参数的变化对热量产生的影响得到了验证；4. 在实验过程中，实验操作准确，数据处理合理，实验结果可靠。
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一、选择题
（11·北京）8．下列家用电器中，利用电流热效应工作的是
A．笔记本电脑B．电冰箱C．电风扇D．电暖器答案：D
(11·株洲)6．某阻值为4Ω的定值电阻，通过的电流为0.5A，则1min产生的热量是A．2J B．30J C．.60J D．120J.J
答案：C
（11·兰州）15．关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是
A．根据Q＝I2Rt可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
B．根据Q＝U2t /R可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
C．根据Q＝UIt可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关
D．根据Q＝I2Rt可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
答案：D
（11·河北）17．假设导体没有电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是
A．白炽灯仍然能发光B．电动机仍然能转动
C．电饭锅仍然能煮饭D．电熨斗仍然能熨衣服
答案：B
（11·沈阳）（多选）21．如图所示是探究在通电时间一定时，电流产生热量与哪些因素有关的实验装置。
烧瓶内装有质量和初温完全相同的煤油，瓶中铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积相同。
下列选项是关于此实验的一些描述，其中正确的是
A．在甲图中，探究的是
电流产生热量与电阻的关系
B．在乙图中，探究的是
电流产生热量与电阻的关系
C．在甲图中，闭合开关
一段时间后，A瓶中温度计的
示数更高
D．在乙图中，相同时间
内，电流越大，温度计的示数
升高得越多
答案：A D
二、填空题
（11·牡丹江）24．电热毯是冬季北方常用的取暖设备，它是利用________来工作的。
而计算机内都装有小风扇，它工作时把热空气驱走，这是为了________。
答案：电流的热效应（或电流通过用电器产生热量）散热（或防止电热带来的危害、给计算机降温）
（11·鸡西、黑河）15．一根阻值为50Ω的电阻丝，通电100s，通过的电流为1A，则电流通过电阻丝产生的热量为J，此时电阻的电功率为W。
答案：5000 50
（11·扬州）19．一段导体两端的电压是24V时，通过的电流是0.5A，则导体的电阻是______Ω，这段导体消耗的电功率是W，通电10s产生的热量是J．答案：48 12 120
（11·德州）5．家庭电路中各用电器是联的，铭牌上均标有“220V 100W”的电视机和电热毯都正常工作1小时，则产生的热量较多。
答案：并电热毯
（11·宿迁）19．在如图所示的电路中，R1=15Ω，R2=20Ω，闭合开
关后，电流表的示数为0.4A．则R1两端的电压为__ V，通过电阻R2
的电流为__ A．若通电100秒，R2产生的热量为__ J．
答案：6 0.3 180 串联
（11·泸州）6．一个额定电压为12V的小型电动机正常工作时，测得通过电动机的电流是0.5A，工作10min，电流做功为J，在这10min内该电动机线圈产生的热量是360J，则电动机线圈的电阻是Ω。
答案：3600 2.4
（11·北京）22．有两根电阻丝R1、R2和一个电源E，且电源E两端电压保持不变。
如果只将电阻丝R1接在电源E两端，电阻丝R1在120s内产生的热量为12Q；如果将电阻丝R1、R2并联接在电源E两端，电阻丝R1、R2在60s内产生的总热量为8Q；如果将电阻丝R1、R2串联接在电源E两端，为使电阻丝R1、R2产生的总热量为3Q，则需要通电的时间是s。
答案：120
三、解答题
（11·威海）18．在“探究电流通过导体产生的热量与电阻间
关系”的实验中，两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量
和初温的煤油中，每一烧瓶里各插入一温度计，如图所示，电
流通过导体产生的热量不易直接观察，本实验中通过
显示电流产生的热量变化；上述实验中采用这种电路连接方式
的目的是。
答案：温度计示数上升（改变）保证通过两个电阻的电流相等（串联电流相等）
13．小明在使用电炉时发现，电炉丝热得发红而导线却不怎么热，这是为什么？请你说明其中的道理。
答案：这是因为电炉丝跟导线串联连接在一起，看似都为金属导线，但电炉丝的电阻值要比导线大成千上万倍。
当它们串联时，电流（I）和通电时间（t）都是相等的，根据焦耳定律Q=I2Rt就可以看出电炉丝的发热是导线的成千上万倍。
所以，电炉丝热得发红而导线却不怎么热。
（11·河北）25．小明利用如图所示的实验装置探究“导体
产生的热量与电阻大小的关系”。
甲、乙两瓶中装有质量与初
温相同的煤油，甲瓶中铜丝的电阻比乙瓶中镍铬合金丝的小。
（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，小明选
用煤油而不用水做实验，主要是由于____________________。
（2）实验中，乙瓶中的温度计示数升高的快，由此得出
的实验结论是______________________。
（3）若乙瓶中的温度计示数变化了10℃，镍铬合金丝消
耗了3.3×10-3kW·h的电能，烧瓶中煤油的质量是________。
[已知c煤油=2.1×103J／(kg·℃)，不计热损失]
答案：（1）水的比热容大于煤油的比热容
（2）在电流及通电时间相同时，导体的电阻越大产生热量越多
（3）0.6
（11·荆门、荆州）16．在实验探究中，经常可以用同样的实
验装置完成不同的探究课题。
如图所示，两电阻丝串联在电路中，
将其放入同样大小的烧瓶中，可以对瓶中液体加热。
现有如下课题：
A．探究不同物质的吸热能力
B．探究导体电阻大小与材料是否有关
C．探究通电导体产生的热量与电阻大小的关系
D．探究导体电阻大小与长度是否有关
（1）如果两瓶中电阻丝电阻大小相等，烧瓶中装着相同质量的水和煤油，则可以探究课题。
（填课题对应的字母）
（2）如果烧瓶中都装着相同质量的水，但电阻丝电阻大小不同，则可以探究课题。
（填课题对应的字母）
（3）在与（2）条件相同的基础上应选择
相同，材料不同的电阻就可以探究课题B。
答案：（1）A （2）C （3）长度和横截面积
(11·潜江、天门、仙桃等)45．在探究“导体产生的热量与导体两端的电压、导体的电阻和通电时间关系”的实验中，实验装置如图所示，两烧瓶A、B中煤油质量相等，两只温度计的示数相同，电阻丝的阻值R1>R2。
（1）烧瓶中不装水而装煤油，是因为水的比热容较(选填“大”或“小”)。
开关接在干路，是为了控制相同。
（2）闭合开关后，发现B中温度计的示数上升较快。
则B中电阻丝放出的热量比A中放出的热量（选填“多”或“少”）。
由此得出结论：当导体两端的电压和通电时间相同时，导体电阻越大，导体产生的热量越（选填“多”或“少”）。
（3）电烘箱高温和低温两档的调节是通过改变接入电路的电阻丝的长度来实现的。
由上述实验可知：低温档接入电路的电阻丝比高温档要（选填“长”或“短”）一些。
答案：（1）大通电时间（2）多少（3）长
（11·崇左）23．小明和小红想利用如图所示的装
置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。
两瓶煤
油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，
电阻比较小，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻
比较大。
两瓶煤油中温度计可以显示煤油的温度。
（1）根据法的研究思想，
应该使这两个烧瓶中煤油的质量相等。
（2）小红问小明：“打开水龙头就可以得到水，
干嘛不用水代替煤油？”对于这个问题，小明与他的同学给出了下列四种答案，你认为最合理的是。
A．因为煤油有颜色便于观察B．因为煤油有比较大的热值
C．因为煤油有比较小的密度D．因为煤油有比较小的比热容
（3）实验中，小明和小红发现烧瓶B中温度计的示数升高的快。
这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越，产生的热量越多。
（4）小红把实验装置作了一些改动：在相同的烧瓶A、B中装满煤油，用细玻璃管代替温度计做实验，当煤油温度上升时，会看到细玻璃管内的液面明显上升。
下列实验中也用到这种思想和方法的是。
A．将不同的电阻丝分别接到同一电路中，通过比较电流的大小来比较电阻的大小
B．将乒乓球靠近发声的音叉，通过乒乓球被弹开显示音叉在振动
C．让不同的纸团从相同高度同时下落，通过落地的先后判断运动的快慢
D．将小铁屑均匀洒在磁体周围，通过观察铁屑的分布情况来认识磁场的分布情况
答案：（1）控制变量（2）D （3）大（4）B
（11·肇庆）24．如图所示，电阻R两端的电压U=6V，流
过电阻R的电流I=0.5A．通过计算求：
（1）电阻R的阻值；
（2）电阻R在1min内产生的热量是多少焦? 答案：（1）120Ω（2）180J。