大学基础物理实验课件焦耳热功当量
教学：焦耳实验与热功当量
•热功当量的公认值为J＝4.18 J∕cal。
•热功当量表示热与功之间是可以转换的。 系统吸收1 cal的热量，相当于外界对系统 作4.18 J（约为4.2 J）的功。
焦耳的热定义
•焦耳确认热是能量的另一种形式，取代了 热质说，并对热重新加以定义： –物体间因温度差或相变而产生的能量转 移，称为热（heat）。
＝（1.00×103）×1.00×（21.5－20.0）＋500×（21.5－20.0） ＝4.18（J／cal）
范例1-5
如右图，质量为 1.00 kg 的铁锤，以 50.0 m∕s 的速率敲击放 在地上质量为 400g 的铁块.假设有 40.0％ 的力学能变为铁块的 热能，求此铁块的温度增加多少？（铁的比热为
•焦耳将定量的水，置于绝热的容器内，左、 右两重锤缓缓下降，带动转轴转动，并使得 叶片搅拌容器内的水。
•由容器和水的温度变化可计算所吸收的热量
Q，且由两重锤下降的高度可计算位能的减 少，即重力对两重锤所作的功W，焦耳测得W 与Q的比值约等于一个定值。
热功当量
•在1850年，焦耳发表J＝W/Q，称之为热功
补充资料 内 能(2/4)
•一个系统的内能（internal energy）则包 含了组成系统内部分子的动能和、以及分 子之间或分子内的位能和。系统在不同的
温度、压力、体积的状态下，其内能U是不
一样的，我们可以说系统的内能是与温度
（T）、压力（P）、体积（V）等状态因素 有关的状态函数U＝U（T、P、V）。
•焦耳的创新观念及方法 ，将能量守恒的原理发 挥得淋漓尽致，“能量 ”随后也成为统合物理 学各个分支领域不可或 缺的核心概念。
•善用能量之间的转换， 也大幅提升了人类的生 活质量。
《焦耳定律》电功率 优秀PPT课件3
观察实验
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 焦耳
流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。
二、焦耳定律
1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的
典型例题
3. 如图所示的电动机是一种使用广泛的动力机械，从 能量转化的角度看．它主要是把电能转化为机械能， 还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有 一台电动机，当电动机两端加220V电压时，通过电动 机线圈的电流为50A。问： （1）每分钟该电动机消耗的电能是多少， （2）已知电流通过导体时产生的热量Q=I2Rt（其中I 、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电 时间），若该电动机线圈的电阻是0.4Ω，则线圈每分 钟产生的热量是多少? （3）这台电动机每分钟所做的机械功是多少?
W＞Q热
例题
一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量? 解:
U 36 V I= = = 0.6 A R 60 Ω
Q = I2Rt
=(0.6 A)2×60 W×300 s = 6 480 J
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。
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
典型例题
2. 在学了电学知识后，小明与同学合作组装了一个如 图所示的实验装置，他想通过该实验测算小电动机提 升重物的效率。当他闭合开关后，通过调整实验装置 ，使钩码在10s内匀速上升了0.6m，并观察到电压表 和电流表的示数分别为3V和0.2Ａ。已知钩码的质量 为50g，求： ⑴电动机在钩码匀速上升的10s内消耗的电能。 ⑵在钩码匀速上升的过程中，电动机提升钩码的效率 为多少？
《焦耳定律》电功率优质课件
难点解析
掌握焦耳定律的原 理和计算方法；
掌握电功率和热功 率的计算公式。
理解电功率与热功 率的区别与联系；
重点强调
焦耳定律的实验原理和实验方法； 电功率和热功率的概念及其计算方法；
电路中能量转换的守恒定律。
学生常见错误
将电功率和热功率 混淆；
无法正确地运用焦 耳定律的公式进行 计算。
热量的计算
焦耳定律公式
焦耳定律公式为Q=I^2Rt，其中Q表示热量，I表示电流，R 表示电阻，t表示时间。
焦耳定律公式的应用
焦耳定律公式适用于计算任何电路中电流产生的热量，只需 将电路中的电流、电阻和时间代入公式即可计算出热量。
03
焦耳定律的实验验证
实验目的和原理
总结
通过焦耳定律实验，学习和掌握电热的基本概念和焦耳定律的具体应用。
04
焦耳定律的应用
电源热效应
电源热效应概念
焦耳定律在电源电路中的表现，电流通过电源内阻时产生的热量。
电源热效应的避免
合理选择电源，减少内阻，避免长时间大电流工作，防止电源过热。
电热器的工作原理
电热器概念
利用电流的热效应制热，将电能转化为热能的用电器。
电热器工作原理
电流通过电热器内的电阻器件，使其产生热量，实现电能到热能的转换。
课后作业
布置相关作业，要求学生按时完成并提交，根据作业情况及时给予反馈和指 导。
教师答疑服务
在线答疑
提供在线答疑服务，学生可以通过邮件、电话或在线聊天等方式联系老师，获得 及时的解题答疑指导。
课堂答疑
在课堂教学过程中，留出一定时间为学生解答疑问，帮助他们更好地理解和掌握 知识内容。
THANKS
热功当量.
熱功當量1.目的：使力學能完全轉換成熱，證實熱是一種能量，且測定功與熱二數量間之關係。
2.實驗裝置：如右圖。
3.步驟及原理：(1) 二質量為m 公斤之重錘由高h 米處緩緩下降。
(2) 重錘下降所損失的位能悉由器內摩擦阻力化成水及容器的熱量，使水和容器的溫度增高。
(3) 若重錘升降n 次後，可使質量'm 克的水及水當量M 克的容器溫度上升T ∆℃，則：重錘下降h ，損失之重力位能U 對水及容器作功：2W mgh n =⨯（焦耳）水及容器獲得的熱量'()H m M T ∆=+（卡１）●絕熱狀態，因此U 全轉成H 。
二、熱功當量：欲產生一單位的熱量所需輸入的功。
由焦耳實驗得：4.187(/)W J J c a l H == J W H ⎧⎪⎨⎪⎩：熱功當量：功：熱例一：焦耳「熱功當量」實驗，若系統有熱傳遞到外界，則測出的熱功當量值應較實際值大或小？（需列式說明）例二：在焦耳實驗中，如兩錘之質量均為10公斤，落下之距離均為20公尺，容器中的水質量為3.8公斤，原來水溫為20℃，實器及翼瓣之總質量為2公斤，其比熱為0.1卡／ 克-℃，實驗後水溫變為20.25℃，則由此實驗得到的功當量為 。
（210/g ms =）練習：於焦耳熱功當量實驗中，容器中原有50克的水，測得溫度為20℃，再加入100克30℃之熱水後，熱平衡時溫度為25℃。
隨即使2個垂錘緩緩下降1.5米，設法使垂錘 回到原高處，再落下一樣之高度，如此重複21次，則最後之水溫為 ℃，容器之 水當量為 克。
（每個重錘4kg ；210/g m s =）例三：在焦耳的實驗裝置中，兩邊之垂錘各25kg ，設210/g m s =，且容器為絕熱，若重錘下落之距離為20米，每次下落攪動水後，設法使垂錘回到原處，再使其下落，如此重複 20次後，已知槽中的水為7kg ，且容器的水當量為3kg 。
(1) 若垂錘下落之速度甚小，則水溫升高 ℃。
(2) 若重錘以20.02/m s 之加速度落下，20秒後再使重錘回到原處，再使其以20.02/m s之加速度落下，如此重複20次後，則水溫升高 ℃。
焦耳与热功当量
2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量关系），为热力学第一定律和能 量守恒定律的建立奠定了实验基础。
焦耳与热功当量
创Байду номын сангаас微课
做功和内能的改变
创新微课
例题.如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好， 重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实 验，下列说法正确的是( AC )
创新微课 现在开始
焦耳与热功当量
焦耳与热功当量
焦耳
创新微课
1818年12月24日生于英国曼彻斯 特 ，起初研究电学和磁学。 1840年在 英国皇家学会上宣布了电流通过导体产 生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量 了热与机械功之间的当量关系——热功 当量，为热力学第一定律和能量守恒定 律的建立奠定了实验基础。
• A．这个装置可测定热功当量 • B．做功增加了水的热量 • C．做功增加了水的内能 • D．功和热量是完全等价的，无区别
焦耳与热功当量
小结
焦耳 条件-绝热 实验
对系统做机械功 对系统做电功
创新微课
同学，下节再见
做功和内能的改变
实验二：对系统做电功
创新微课
结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上 升的数值就相同，即系统的状态变化相同。
焦耳与热功当量
创新微课
实验条件 绝热过程:系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交 换能量,它不从外界吸热,也不向外界放热。 实验结论
1.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功 数量有关。
焦耳与热功当量
一、焦耳的实验
实验一：对系统做机械功
创新微课
焦耳在做热 功当量实验
重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内 的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。
《焦耳定律》电功率PPT课件
《焦耳定律》电功率PPT课件《焦耳定律》电功率PPT课件学习目标知道电流的热效应知道焦耳定律，会用焦耳定律进行计算能用焦耳定律解释简单的现象一、电流的热效应：电流通过导体时，导体会发热，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关？点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？说明什么？实验探究实验目的: 研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关实验方法: 控制变量法实验原理: 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.我们可以通过管中液面上升的高度比较电流产生的热量.... ... ...电流的热效应与那些因素有关？[猜想与假设]1.可能与电阻有关。
电阻越大，电流热效应越大2.可能与电流有关。
电流越大，电流热效应越大3.可能与通电时间有关。
通电时间越长，电流热效应越大[设计实验]讨论1.当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？答:控制变量法讨论2.用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？答：转换法电热—气体（或液体）受热膨胀，观察产生热量的多少实验中，通过观察U形管中液面高度的变化来判断产生热量的多少，... ... ...实验结论：1、在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。
（I与t相同，R越大，Q越多）2、在通电时间、电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。
（R与t相同，I越大，Q越多）3、在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。
（R与I相同，t越大，Q越多）二、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。
我们学习了焦耳定律，怎样回答前面的问题？导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？答：电炉通过导线接到电路中，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等，但电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt知，电流相等时，电阻大的，相同时间里放出的热较多，所以电炉丝很热，而导线却不热。
热功当量试验
热功当量实验指导书一、实验目的：1.测量机械功转变为热能的能量守恒定律,并测量热功当量。
2.掌握热力学实验结果的曲线校正方法．二、仪器设备：J-FR3型热功当量实验仪、天平（50mg）及附件、烧杯、温度计（0.1C0）、秒表、砝码、钢卷尺．三、实验原理：J-FR3型热功当量实验仪的主要部分为两个黄铜制成密切相合的圆锥体。
外圆锥体直立于转轴上，可由摇轮通过皮带传动使其转动。
并有记转器与转轴相联。
内圆锥体系空心铜杯，可盛放水，上置大圆盘，沿圆盘外周用软线通过一小滑轮悬挂砝码，使产生一力矩，以阻止内圆锥体随同外圆锥体转动。
若此力矩与内圆锥体间的摩擦力矩相等且作用方向相反Array时，内锥体将停留不转动，砝码亦悬空。
此种情况下，相当于外锥体转动一样。
砝码下落所作的功则完全消耗在克服内外锥体间的摩擦，故若圆盘半径为R外锥体转动n转相当于砝码下落π2nR假定砝码质量为m则砝码下落所作之功，亦即消耗在内外锥体间的摩擦功为：π2nRmg此项摩擦消耗的功全部转变为热能。
其热量可由内外锥体及杯内所盛水的温度变化量予以求算。
四、实验步骤：1.熟悉仪器：先将大圆盘及内外两锥体取下，可看到外锥体底座有一缺口，安装时可将锥体转动位置待缺口对准轴上的销子，锥体即座落在轴上，扶正锥体并稍微向下压紧即可。
装上大圆盘处于近水平位置。
悬挂砝码钩的线一端固定在圆盘边上将线在盘周槽内套一圈再跨过小滑轮，并使悬线与圆盘成正切。
摇动摇轮，并一手拉住砝码钩，阻止圆盘及内锥体随同外锥体转动。
试摇数转后可加约100－200克砝码，使在外锥体静止时，能拖动圆盘带动内锥体转动。
再徐徐摇动摇轮，控制摇转的速度，将能使砝码悬挂在空中不动。
适当调节砝码重量，至摇轮每分钟约60转较为适宜。
2.记录数据：室温：由温度计读出；圆盘周长：用圆盘上的线绕圆盘一周，用钢卷尺测量细线的长度；搅拌棒的质量，内、外圆锥体的质量：由天平测出，记转器初始值：注意左边的计数盘每格为一转，而左边的计数盘每格为100转．壱弐用烧杯取大约100ｍｌ的水（注意：水的温度应低于室温大约10度为宜，可用温度计测量）. 放于天平上称出烧杯连同水的总质量，然后取下热功当量实验仪的大圆盘，将水加入到小圆锥体的小杯中，至杯口12～15ｍｍ为宜．然后称出剩余水及烧杯的总质量．并记录两次称量的结果，他们的差值即为我们实验中注入水的质量。
《焦耳定律》电功率PPT优质课件
01 课前活动
02 引入新课
03 进行新课
04 课堂总结
(4)在电阻和通电时间相同时，通过导体电流越大产生的热量越多。 (5)为保证通过两个电阻的电流总是相等，电阻串联；同时保证了它们的通电 时间也相等，导体中产生的热量就只与电阻有关了，为此采用控制变量法；煤油 吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的，这是采取的转换法。
哪根电阻丝产生 的热量多？
在相等时间内,哪根电 阻丝消耗的电能多?
演示器中哪边的液柱上 升得快?
进行新课
01 课前活动
02 引入新课
03 进03行新课 进行新课
04 课堂总结
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。
进行新课
01 课前活动
02 引入新课
语文课件：/kejian/yuw en/ 数学课件：/kejian/shuxue/
英语课件：/kejian/ying yu/ 美术课件：/kejian/me ishu/
科学课件：/kejian/kexue/ 物理课件：/kejian/wul i/
化学课件：/kejian/huaxue/ 生物课件：/kejian/she ngwu/
地理课件：/kejian/dili/
历史课件：/kejian/lish i/
2．焦耳定律
内 容：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。
A
通电，观察演示器中液柱上升的快慢。液柱上升的快慢说明了什么？
进行新课
01 课前活动
02 引入新课
03 进03行新课 进行新课
04 课堂总结
演示器中哪边的液柱上 升得快?
《焦耳定律》课件
焦耳定律的意义与价值
01
焦耳定律揭示了电能与热能之间的转换规律，为能源转换和利 用提供了理论基础。
02
它为工业生产中的电热转换提供了依据，如电烤箱、电炉等电
器的设计。
焦耳定律还为能源效率和能源管理提供了理论支持，有助于减
03
少能源浪费和提高能源利用效率。
02
焦耳定律的基本概念
焦耳的定义及单位换算
焦耳定律的表述
总结词
焦耳定律可以表述为：电流通过导体时，导体会发热，这种现象叫做焦耳热。
详细描述
焦耳定律是物理学中的一个重要定律，它表述了电流通过导体时产生的热量与电 流、电阻和时间的关系。具体来说，焦耳定律可以表示为Q=I^2Rt，其中Q表示 热量，I表示电流强度，R表示电阻，t表示时间。
焦耳定律的适用范围
结果解释
根据实验结果，解释焦耳定律的规律和特点，以及影响能量 转换效率的因素。同时，可以与理论预测进行比较，验证焦 耳定律的正确性。
05
焦耳定律的应用场景与实例
在日常生活中的应化为热能， 使水烧开。
电饭煲
利用焦耳定律烹饪食物，通过电能转化为热能， 使食物煮熟。
在调节电阻丝的阻值时，应注意不要过度调节，以免 损坏电阻丝。
04
焦耳定律的实验数据及分析
实验数据记录与整理
实验数据记录
在焦耳定律实验中，需要准确记录实验过程中的电流、电压、电阻等数据。 可以使用表格或图表形式进行记录，以便于后续分析。
数据整理
将实验数据整理成易于分析的表格或图表，包括电流、电压、电阻等测量值 的平均值、最大值、最小值等统计数据。
在工业革命之后，人们对电和热的研究越来越多，焦耳定律 的发现为解决能源转换问题提供了理论基础。
《焦耳定律》电功率PPT2021课件PPT
(3)在低温挡工作10 min， 电流通过R2产生的热量。
图18－4－5
第4节 焦耳定律
解：(1)当 S 接 a 时，电路为 R1 的简单电路，电热水器处于高温挡，根据
U 220 V 欧姆定律可得：R1＝I高＝ 5 A ＝44
Ω。
(2)高温挡时电路的电功率：P 高＝UI 高＝220 V×5 A＝1100 W。
V Ω
＝20 A。
第4节 焦耳定律
[易混辨析](1)电热计算的注意事项：在计算电热时，若为纯电阻电路，电
能全部转化为内能，此时 Q＝W，故可以利用 Q
＝I2Rt
＝W
＝Pt
＝UIt
U2 ＝R
t 计算；若为非纯电阻电路，电能只有一部分转化为内能，此时 Q <W，即 Q ＝
I2Rt<W ＝Pt ＝UIt ，则只能利用 Q ＝I2Rt 计算电热。
第4节 焦耳定律
[解析] (1)将电源、开关、滑动变阻器、两相同的透明容器中的电阻 丝逐一顺次连接即可，滑动变阻的连线要注意一上一下的原则，如上 图所示。(2)电流通过导体产生的热量不便于用眼睛直接观察和测量 ，通过U形管内液面高度的变化来反映，这种方法是初中物理常用的 转换法。(3)因串联电路中各处的电流相等，所以，两电阻丝串联时 通过它们的电流相等；由Q＝I2Rt可知，在电流和通电时间相同时， 右侧电阻较大，其产生的热量较多，密闭空气吸收热量后，体积膨胀 ，右侧容器中气体膨胀更大，所以右侧U形管中的液面高度变化明显 。
[答案] 要控制电流和电阻相同，在两个容器中分别接入相同的电阻丝， 加热不同的时间．
问题7：你能得到什么结论？
[答案] 在电流和电阻相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
第4节 焦耳定律
大学基础物理实验课件 焦耳热功当量
电量热法和焦耳热功当量
实验及应用背景介绍
实验目的和教学要求
实验原理
实验仪器介绍
课堂思考
选做实验
实验及应用背景介绍
焦耳热功当量实验是证明能量守 恒和转换定律的基础性实验。 焦耳从1840年起，花费了几十年 的时间做了大量实验，论证了传热和 作功一样，是能量传递的一种形式。 热功当量是一个普适常数，与作功方 式无关。从而为能量守恒和转换定律 的确立奠定了坚实的实验基础。
选做实验
利用本实验装置及现场提供的其 它器件和提示，自组数字温度计，实 验方案自拟。
J W VIt Q Cm(θ θ ) 0
散热修正：
dθ VI 若系统孤立，温度变化率为： dt JCm
若系统与环境之间有热交换，根据牛顿 冷却定律，温度变化率为： dθ K(θθ )
dt
环
由以上两式得到系统温度实际变化率：
dθ VI K(θθ环 ) dt JCm
用一元线性回归法可以计算热功当量。
实验目的和教学要求
研究电热法中的作功与传热关系。 了解热学实验的安排和仪器的使用。 学习用线性回归方法进行散热修正。
实验原理
T E
V
A
R
（ 热功当量实验装置）
电阻通电t秒电场力 作功W=VIt。 若功全部转化为热 量，使盛水的量热器系 统由初温θ 0升到θ ， 系统吸收热量为Q，根 据焦耳定律Q=JW，则热 功当量：
实验仪器介绍
量热器
电子天平
温度计(－50.0～150.0℃)
数字三用表 水桶，停表，干拭布等。
实验内容
1．称量各种质量。
2．测量时间-温度关系。 升温30分钟，每分钟读取1个温度值。 3．测量加热器的电功率。 在读数始末，用三用表测出加热器两端 的电压。
教学PPT：1-3 焦耳实验与热功当量[19页]
![教学PPT：1-3 焦耳实验与热功当量[19页]](https://img.taocdn.com/s3/m/73bce4abccbff121dd3683ac.png)
補充資料 內 能(1/4)
•在熱學中，我們定義一個熱學系統 （thermodynamic system）為許多質點 （如原子或分子）的一種聚集。如一杯茶 、一瓶汽水，或汽缸內的氣體都是一個熱 學系統。為了方便，我們底下所討論的熱 學系統或簡稱系統，是一種巨觀的、均勻 的、無方向性的、不帶電、無化學活性及 重力作用不明顯的對象。
•1798年，侖福特在製造大砲時，發現在鑽磨砲管 時，外界雖然沒有對其加熱，若繼續鑽磨砲管， 熱就會不斷的產生，推論熱是由鑽頭與砲管摩擦 而來的。
•1799年，化學家戴維發現兩冰塊相互摩擦時，會 有冰熔化成水的現象；發現兩物相互摩擦所產生 之熱的多寡，與作功的量有關。
•運動說認為摩擦引起物體微粒的振動，而這種振 動就是熱。
補充資料 內 能(2/4)
•一個系統的內能（internal energy）則包 含了組成系統內部分子的動能和、以及分 子之間或分子內的位能和。系統在不同的
溫度、壓力、體積的狀態下，其內能U是不
一樣的，我們可以說系統的內能是與溫度
（T）、壓力（P）、體積（V）等狀態因素 有關的狀態函數U＝U（T、P、V）。
熱功當量
•在1850年，焦耳發表J＝W/Q，稱之為熱功
當量。
•熱功當量的公認值為J＝4.18 J∕cal。
•熱功當量表示熱與功之間是可以轉換的。 系統吸收1 cal的熱量，相當於外界對系統 作4.18 J（約為4.2 J）的功。
焦耳的熱定義
•焦耳確認熱是能量的另一種形式，取代了 熱質說，並對熱重新加以定義： –物體間因溫度差或相變而產生的能量轉 移，稱為熱（heat）。
•焦耳的創新觀念及方法 ，將能量守恆的原理發 揮得淋漓盡致，「能量 」隨後也成為統合物理 學各個分支領域不可或 缺的核心概念。
电热法测量焦耳热功当量实验
目的目的：以電熱法測出熱功當量。
實驗方法實驗方法：：由於在實際環境下用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。
因此系統實際上所達到的末溫必低於沒有散熱情況時的末溫，故以牛頓冷卻定律將散熱導致的溫差求出，以求得較精確的結果。
原理原理：：早在1798年，德國侖福特以研究摩擦作功所產生的熱量，得知此熱量與供給的功成正比。
由能量守恆定理，當外界對一系統作功 W （單位"焦耳"），若這些功完全由系統轉換成內能（即熱量△H ，單位"卡"），我們能夠找出它們的換算關係W=J ×△H (1)其中的J 即為熱功當量，單位為"焦耳/卡"。
本實驗是要測量J 值。
若一系統是由不同比熱c i 和質量m i 的成分所構成，欲使此系統溫度升高△T ，需要的熱量△H ，可寫為△H =Σm i c i △T =C ×△T (2)其中C 代表整個系統的熱容，可寫成各成分的比熱與質量乘積之和。
若外界對系統作功W ，使系統溫度由T o 升到某一特定溫度T H ，由(2)式代回(1)式中可得其關係如下： W=J ×C ×(T H -T o ) (3)實驗儀器實驗儀器：：方法說明：本實驗的設計主要分成兩部分：一是測量系統熱容C ；二是對散熱所造成的誤差做修正，再與供給的電功比較，求出得較準確之熱功當量值J 。
一、測量系統熱容C設水的比熱為S(1卡/o C)，卡計系統（包括溫度計、鎳鉻線圈及銅杯等）熱容為C ，此時在卡計內的銅杯中，注入溫度T o 、質量M 克的水（約至半滿），並加熱到接近50℃ 時的溫度T H ，再量取約m 克（約與M 克差不多重），而溫度為T o 的水注入，攪勻後測得混合後的溫度T ave ，求出系統熱容C 。
(C+S ×M)(T H -T ave )=S ×m(T ave -T o )所以M S -)T -T ()T -T (m S =C ••ave H o ave (4)二、電熱法與散熱修正對於卡計系統，我們在鎳鉻線圈（電阻為R 歐姆）的兩端加電壓V （伏特），則輸入此系統的電功率為)(RV =P 2瓦特 (5)實際上，在用電功加熱系統使溫度升高的過程中，系統會向外散熱（原因在於系統溫度高於環境溫度）。
焦耳测定热功当量实验原理 -回复
焦耳测定热功当量实验原理-回复焦耳测定热功当量实验原理是一种通过测量热量变化来确定物质的热功当量的实验方法。
热功当量即单位质量物质吸收或放出的热量，通常以焦耳/克（J/g）表示。
在这个实验中，我们将探索如何使用焦耳测定法来精确测量热功当量。
首先，让我们简要介绍一下实验所需的材料和设备。
为了进行焦耳测定热功当量实验，我们需要一个热量测量装置，例如一个热量容器，一个温度计和一个加热器。
此外，还需要一些试样物质，例如不同质量的水和一个可燃物质（如蜡烛）。
实验的第一步是准备实验装置。
首先，将热量容器装满一定量的水，并将温度计插入水中。
确保温度计完全浸入水中，并且不与容器底部接触。
接下来，将试样物质放入容器中，以便测量燃烧过程中释放的热量。
在第二步中，我们将点燃试样物质并观察燃烧过程。
例如，我们可以点燃蜡烛并将其放入热量容器中。
随着燃烧的进行，我们将观察到水温的变化以及可能产生的其他相关现象，如水的沸腾。
第三步是测量实验过程中发生的热量变化。
在观察燃烧过程的同时，我们将使用温度计记录水的温度变化。
在燃烧结束后，我们可以观察到水温的升高。
通过测量水的温度变化，我们可以计算出释放到水中的热量。
这个温度变化通常以摄氏度为单位，而热量的计算通常以焦耳为单位。
接下来是计算热功当量的步骤。
为了计算热功当量，我们需要知道试样物质的质量以及热量的变化。
我们可以称既定物质的热功当量为ΔH，质量为m，热量变化为q。
根据热功当量的定义，我们可以使用下面的公式计算热功当量：ΔH = q / m在这个公式中，热功当量ΔH的单位是焦耳/克（J/g），热量q的单位是焦耳（J），质量m的单位是克（g）。
最后，重复实验多次以获得更准确的结果。
由于实验中可能存在一些误差因素，例如水与容器之间的热量损失，我们应该重复实验多次并取平均值以获得更可靠的热功当量。
总结一下，焦耳测定热功当量实验是一种通过测量热量变化来确定物质热功当量的实验方法。
该实验的步骤包括准备实验装置，点燃试样物质并观察燃烧过程，测量实验过程中的热量变化，计算热功当量并重复实验多次以获得可靠的结果。
《焦耳定律》课件
《焦耳定律》课件ppt xx年xx月xx日CATALOGUE 目录•引言•焦耳定律基本概念•焦耳定律的数学表述及性质•焦耳定律实验及应用•热力学第一定律与焦耳定律的关系•课程总结与展望01引言焦耳定律是物理学中的一个基本原理，涉及能量转换和传导的过程。
原理的起源、发展和应用是物理学史和科技应用中的重要内容。
课程背景帮助学生了解焦耳定律的基本原理和重要意义。
掌握能量转换和传导的基本规律及焦耳定律的应用。
课程目的课程安排第一部分第二部分Array焦耳定律的基本原理和公式焦耳定律的起源、发展和意义第三部分第四部分焦耳定律的应用实例实验操作与演示02焦耳定律基本概念焦耳定律数学表达式焦耳定律可以用数学表达式进行表示，即Q=I^2Rt，其中Q表示热量，I表示电流强度，R表示电阻，t表示时间。
焦耳定律的简化表达式在纯电阻电路中，焦耳定律可以简化为Q=I^2Rt=U^2t/R，其中U表示电压。
焦耳定律的定义焦耳定律反映了电能转化为热能的过程，即电流通过电阻时，电能被转换成热能。
热量与电流强度、电阻和时间的关系焦耳定律指出了热量与电流强度、电阻和时间之间的关系，即电流强度越大、电阻越大、时间越长，产生的热量就越多。
物理学史背景焦耳定律的发现与电磁学的发展密切相关。
19世纪初，人们对电磁学的研究表明，电流通过电阻时会发热。
焦耳的实验研究19世纪中期，英国物理学家焦耳进行了大量的实验研究，通过测量电流通过电阻时产生的热量，发现了焦耳定律。
后续发展焦耳定律是电路中能量转化和传递的基本规律，是电路分析和设计的基础。
后续的物理学研究也对焦耳定律进行了验证和完善。
03焦耳定律的数学表述及性质焦耳定律的数学表述是电路中产生的热量等于电流的平方乘以电阻乘以时间。
数学表达式为$Q = I^{2}Rt$焦耳定律的数学表述焦耳定律表明，电路中产生的热量与电流的平方成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比。
焦耳定律揭示了电路中能量的转化和传递规律，是电路分析和设计的重要基础。
《焦耳定律》电功率PPT优秀教学课件3
2．电热的危害
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。
我们知道P=I2R，你能用它解释下 面的问题吗？
问题1： 因为电炉丝与导线是串联，根据P=I2R可知： 通过电炉丝和导线的电流相等，电炉丝比导 线电阻大，所以电炉丝产生的热量多。因此 电炉丝热得发红，而导线不热。
典型例题
2. 在学了电学知识后，小明与同学合作组装了一个如 图所示的实验装置，他想通过该实验测算小电动机提 升重物的效率。当他闭合开关后，通过调整实验装置 ，使钩码在10s内匀速上升了0.6m，并观察到电压表 和电流表的示数分别为3V和0.2Ａ。已知钩码的质量 为50g，求： ⑴电动机在钩码匀速上升的10s内消耗的电能。 ⑵在钩码匀速上升的过程中，电动机提升钩码的效率 为多少？
越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?
答：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内
产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，
电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件
是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式
时应该特别注意条件。
四、电热的用来加热
电热器的优点: 清洁卫 生，没有环境污染，热效率 高，还可以方便地控制和调 节温度。
电热器
水用管状电热器
热水器
饮水机
电熨斗
电烤箱
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?
实验验证
探究一：产热多少与电阻大小的关系
R2
热功当量和焦耳
热功当量和焦耳热功当量和焦耳焦耳18世纪，人们对热的本质的研究走上了一条弯路，“热质说”在物理学史上统治了一百多年。
虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑，但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题指出了道路。
焦耳（James P. Joule，1818—1889），英国物理学家。
是最先用科学实验确立能量守恒和转化定律的人。
1818年12月24日焦耳出生于英国曼彻斯特的索福特，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。
而且道尔顿教会了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣。
焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。
1837年，焦耳装成了用电池驱动的电磁机，但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池，而锌的价格昂贵，用电磁机反而不如用蒸汽机合算。
焦耳的最初目的虽然没有达到，但他从实验中发现电流可以做功，这激发了他进行深入研究的兴趣。
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，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。
焦耳总结出焦耳-楞次定律以后，进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感生电流产生的热在本质上应该是一致的。
1843年，焦耳设计了一个新实验。
将一个小线圈绕在铁芯上，用电流计测量感生电流，把线圈放在装水的容器中，测量水温以计算热量。
这个电路是完全封闭的，没有外界电源供电，水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果，整个过程不存在热质的转移。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
J
W
Q
VIt Cm(θθ0
)
散热修正：
若系统孤立，温度变化率为：ddθt
VI JCm
若系统与环境之间有热交换，根据牛顿
冷却定律，温度变化率为：
dθ dt
K(
θθ环
)
由以上两式得到系统温度实际变化率：
dθ
dt
VI JCm
K ( θθ环 )
用一元线性回归法可以计算热功当量。
实验仪器介绍
选做实验
利用本实验装置及现场提供的其 它器件和提示，自组数字温度计，实 验方案自拟。
三用表有自动关机功能。工作约15分钟， 进行关机-开机操作。
三用表的插孔位置和量程选择。
5．数据处理：
用一元线性回归法计算热功当量，并与
理论值对比，计算它们的相对误差。
课堂思考
1．由于热量和功采用统一的单位焦 耳，水和铜的比热容等于多大？
2．归纳一下本实验的操作步骤（注 意操作的顺序和连续性及有些参 数的复测）。
电量热法和焦耳热功当量
电量热法和焦耳热功当量
实验及应用背景介绍 实验目的和教学要求 实验原理 实验仪器介绍 课堂思考 选做实验
实验及应用背景介绍
焦耳热功当量实验是证明能量守 恒和转换定律的基础性实验。
焦耳从1840年起，花费了几十年 的时间做了大量实验，论证了传热和 作功一样，是能量传递的一种形式。 热功当量是一个普适常数，与作功方 式无关。从而为能量守恒和转换定律 的确立奠定了坚实的实验基础。
实验目的和教学要求
研究电热法中的作功与传热关系。 了解热学实验的安排和仪器的使用。 学习用线性回归方法进行散热修正。
实阻通电t秒电场力 作功W=VIt。
若功全部转化为热 量，使盛水的量热器系 统由初温θ 0升到θ ， 系统吸收热量为Q，根 据焦耳定律Q=JW，则热 功当量：
量热器 电子天平 温度计(－50.0～150.0℃) 数字三用表 水桶，停表，干拭布等。
实验内容
1．称量各种质量。
2．测量时间-温度关系。 升温30分钟，每分钟读取1个温度值。
3．测量加热器的电功率。 在读数始末，用三用表测出加热器两端 的电压。
4. 注意事项：
升温时不断搅拌以保证温度均匀。监视电 源电压，防止因搅拌引起电源接触不良。