焦耳定律
焦耳定律推导
焦耳定律推导电在我们的生活中无处不在，从为我们照明的灯泡到驱动各种电子设备的电源，电的应用广泛而多样。
在电学中，有一个非常重要的定律——焦耳定律，它描述了电能转化为热能的规律。
接下来，让我们一步步来推导焦耳定律。
首先，我们要了解一些基本的电学概念。
电流（I）是指电荷在导体中的定向移动，单位是安培（A）。
电压（U），也称为电势差，是驱使电荷定向移动形成电流的原因，单位是伏特（V）。
电阻（R）则是导体对电流的阻碍作用，单位是欧姆（Ω）。
当电流通过电阻时，电能会被转化为热能，这就是我们通常所说的电流的热效应。
为了推导焦耳定律，我们先从一个简单的电路模型开始。
假设我们有一个电阻为R 的导体，通过它的电流为I，在时间t 内，电流通过电阻。
根据电流的定义，电流 I 等于单位时间内通过导体横截面的电荷量Q 与时间 t 的比值，即 I ＝ Q ／ t 。
而电荷量 Q 与电压 U 之间存在关系 Q ＝ U ／ R （这是根据欧姆定律得出的）。
将 Q ＝ U ／ R 代入 I ＝ Q ／ t 中，得到 I ＝ U ／（Rt) ，变形可得U ＝ IR 。
在这段时间 t 内，电流所做的功 W 等于电压 U 与电荷量 Q 的乘积，即 W ＝ UQ 。
由于 Q ＝ It ，所以 W ＝ UIt 。
又因为 U ＝ IR ，所以 W ＝ I²Rt 。
电流所做的功 W 全部转化为热能，所以产生的热量 Q 就等于电流所做的功 W 。
即 Q ＝ I²Rt ，这就是焦耳定律的表达式。
它表明，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，跟通电的时间成正比。
为了更深入地理解焦耳定律，我们来看几个实际的例子。
假设我们有一个电阻为10 欧姆的电烙铁，通过它的电流为2 安培，通电时间为 5 分钟（300 秒）。
根据焦耳定律 Q ＝ I²Rt ，可得产生的热量为：Q ＝ 2² × 10 × 300 ＝ 12000 焦耳再比如，有一个电阻为 5 欧姆的电阻丝，通过的电流为 3 安培，通电 10 秒钟。
焦耳定律公式,焦耳定律公式单位
焦耳定律公式,焦耳定律公式单位
介绍一下焦耳定律定义和基本计算公式。
注意问题电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能，这时有Q=W(在纯电阻电路中)。
电热器和白炽电灯属于上述情况。
在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。
在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。
电热器：利用电流的热效应来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤问题时，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=I2Rt。
需要说明的是W=U2/Rt和W=I2Rt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=I2Rt=U2/Rt只用于纯电阻电路(全部用于发热)。
物理焦耳公式
物理焦耳公式
焦耳是能量单位，用于描述能量的大小。
在物理学中，焦耳公式是一个用于计算能量转换和热量转移的公式。
具体来说，焦耳公式可以表示为：Q = I²Rt。
其中，Q表示热量（焦耳），I 表示电流（安培），R表示电阻（欧姆），t表示时间（秒）。
这个公式是用于计算在电阻元件中，由于电流流过而产生的热量。
这是因为在电能转换为热能的过程中，电流会通过电阻元件，导致元件温度升高，从而产生热量。
此外，还有其他焦耳定律公式：Q = W = Pt，其中，Q表示热量（焦耳），W 表示电功（焦耳），P表示功率（瓦特），t表示时间（秒）。
这个公式是用于计算在纯电阻电路中，由于电能转换为热能而产生的热量。
它也可以用于计算在非纯电阻电路中，由于电流做功而产生的热量。
需要注意的是，焦耳定律仅适用于纯电阻电路，即电路中只有电阻元件而没有电容、电感等非电阻元件的电路。
对于非纯电阻电路，焦耳定律不成立，因为非电阻元件的存在会影响电路中的电流和电压，从而影响热量的产生和转移。
焦耳定律
内能 Q
非纯电阻电路:
=
＞
I2Rt
M
U I R
内能+其它形式的能 Q + E其他 2Rt I
W UIt
U I R
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2 2． 关于计算电功率的三个公式 P＝UI、 P＝I R、 2 U P＝ R 的适用范围，以下说法中正确的是( ) A．这三个公式的适用范围相同 B．第一个公式普遍适用，后两个公式只适用 于纯电阻电路 C．第一个公式适用于无电阻的电路，后两个 公式只适用于有电阻的电路 D．三个公式的适用范围与电路串、并联的方 式无关
为什么呢？
1、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，跟导体的电
（焦耳）
阻成正比，跟通电时间
成正比。
②公式：Q = I2 Rt
1、焦耳定律 Q = I2 Rt 2、热功率 ①定义：单位时间内放出的热量
Q 2 ② 表达式： P I R t
纯电阻电路:
欧姆定律
电能
W
UIt 电能
在研究微型电动机的性能时，可采 用如图所示的实验电路．当调节滑动变 阻器R，使电动机停止转动时，电流表 和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V； 重新调节R，使电动机恢复正常运转时， 电流表和电压表的示数分别为2.0 A和 15.0 V．求这台电动机正常运转时的输 出功率和电动机的线圈电阻．
【思路点拨】
W UIt P UI t t
表示电流做功的快慢 ③物理意义： ④单位： 瓦（w）1w=1J/s
⑤额定功率：用电器正常工作时所需 的电压叫额定电压，在这个电压下 消耗的功率叫额定功率。 实际功率：用电器实际工作时消耗的 电功率。
焦耳定律
二、焦耳定律
1． 电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程．究竟电能会转 ． 电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程．
化为哪种形式的能，要看电路的哪种类型的元件 化为哪种形式的能， 电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能； 电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能；电热器把 电能转化为热能． 电能转化为热能． 电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时，电能转化导体的内能。 电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时，电能转化导体的内能。
例4．有一内电阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V,60 W”的 灯 泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯 C 泡正常发光，则( )
A．电解槽消耗的电功率为120 W C．电解槽消耗的电功率为60 W B．电解槽的发热功率为60 W D．电路消耗的总功率为60 W
例5、如图所示，电路两端电压U保持不变，变阻器R的全阻值与 R2的阻值均为20欧，电阻R1阻值为5欧，当滑动变阻器R的 滑片由a向b滑动的过程中（ ABCD ) A、干路中的电流不断增大 B、R1上消耗的电功率不断增大 C、电灯的亮度变亮 R a b D、R2上消耗的电功率不断减小
5、焦耳定律
一、电功和电功率
如图一段电路两端的电压为U，通过的电 如图一段电路两端的电压为 ， 流为I，在时间t内通过这段电路任一横截 流为Байду номын сангаас，在时间 内通过这段电路任一横截 的电荷量 q= It． 则电场力做功 W = qU 即： W=U It
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就 ．电功：在一段电路中电场力所做的功， 是通常所说的电流所做的功，简称为电功． 是通常所说的电流所做的功，简称为电功．
1kW＝103W＝106mW=10-3MW ＝ ＝
5.焦耳定律
设在一段电路中只有纯电阻元件，其电阻为 R，通过的电流为I ，试计算在时间 t 内电流通过此电阻产生的热量 Q。 据欧姆定律加在电阻元件两端的电压为：U = IR
在时间t内电场力对电阻元件所做的功为：W = IUt = I2Rt
由于电路中只有纯电阻元件，故电流所做的功W 等于电热Q
如果电路不是纯电阻电路，电功仍为 W=IUt，电阻上产生的热 量仍为 Q = I2Rt，但此时电功比电阻上产生的热量大。
P热 = I2R =0.402×1.0 W = 0.16 W
P电 ＞ P 热 答案：（1）P电 = P热 （2） P电＞P热
例3. 对计算任何用电器的电功率都适用的公式是（ CD ）
A. P = I2R C. P =UI
B. P = U2/R D. P = W/ t
1. 规格为“220 V
1000 W”的电炉，求：
解：（1）电机不转时，U = 0.50 V，I = 0.50 A， P电 = UI = 0.50×0.50 W = 0.25 W P热 = I2R = 0.502×1.0 W = 0.25 W P电 = P热 （2）电机转动时，U = 2.0 V，I = 0.40 A，
P电 = UI =2.0×0.40 W = 0功的快慢。
（3）单位：在国际单位制中是瓦（W），
常用单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。
1 kW＝103 W＝106 Mw = 10─3 MW
3. 额定功率和实际功率
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。
例2. 取一个玩具小电机 ，其内阻 R = 1.0 Ω ，把它接在如图所示的电路中。 （1）先夹住电动机轴，闭合开关，电机不转。调整滑动变阻器的阻值，使电 压表的示数为 0.50 V，记下电流表的示数，算出小电机消耗的电功率和热功率
焦耳定律
下
→电能转化为内能
该 ❖ b、电解槽
怎
→电能转化为化学能和内能
样 计
❖ c、电风扇 、
算
→电能转化为机械能和内能
电 ❖ d、电动机
功
→电能转化为机械能和内能
和 电 热
❖ e、电磁炉 →电能转化为电磁能和内能
两个名词
纯电阻电路：只含有电阻的电路，把电能全 部转化为内能，如电炉、电烙铁等电热器件 组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机 也是纯电阻器件．
非纯电阻电路：电路中含有电动机在转动或 有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转 化为内能和其它形式的能．
纯电阻电路: 电能
W
→ 内能
Q
UIt
=
I2Rt （I=U/R）
非纯电阻电路: 电能
W
说明：欧姆
定律不适用
M
→
内能+其于它非电形纯路式电！的阻能
Q+E其它
UIt ＞
I2Rt （I＜U/R）
结论：
30J 6570J
问题1．电路中的最值问题
❖ 例题1. 如图所示，A、B两灯额定电压都是 110 V，额定功率PA=100 W，PB=40 W，接在 220 V电路上使用，使电灯能够正常发光，且 电路中消耗电能最小的电路是 ( C )
问题2．非纯电阻电路中的电功与电热
❖ 例2．电动玩具汽车的直流电动机电阻一定， 当加上0.3 V电压时，通过的电流为0.3 A，此 时电动机没有转动．当加上3 V电压时，电流 为1 A，这时候电动机正常工作，求电动机正 常工作时，产生的机械功率和发热功率．
第5节 焦耳定律
一、电功和电功率
W=qU
q=It
W=UIt
焦耳定律的定义
焦耳定律的定义全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：焦耳定律是物理学中的一个重要定律，它描述了热量和功的关系，也被称为能量守恒定律。
该定律是19世纪初由英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳发现并首次提出。
焦耳定律的表达式如下：当一定量的能量转化为热量时，转化的热量与能量的转化程度成正比。
即热量Q等于能量E乘以比例常数J，即Q=JE。
其中J即焦耳定律中的焦耳系数，也被称为热学等效。
焦耳系数是一个物体本身的属性，取决于物体的质量、材料特性等因素。
焦耳定律的实际应用非常广泛，特别在工程和工业领域中。
比如在热力学和热工程中，焦耳定律被用来分析热量的传递和转化过程，以实现能量的高效利用。
在动力学和机械工程中，焦耳定律也被用来计算机械能转化的热量损失。
焦耳定律还可以帮助我们理解一些日常生活中的现象。
比如烧水加热的过程中，焦耳定律可以帮助我们计算热量的转化过程，从而控制加热的时间和能量消耗。
又如温室效应和全球变暖中，焦耳定律可以帮助我们分析地球表面的热量平衡，从而深入理解气候变化的原因和机制。
焦耳定律是研究能量转化和热力学过程的基础定律，具有重要的理论和实际意义。
掌握焦耳定律可以帮助我们更好地理解能量转化和热量传递的规律，促进热工学和热力学领域的发展。
随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展，焦耳定律将继续在各个领域发挥重要作用，为人类生活和科学研究提供更多的有益帮助。
第二篇示例：焦耳定律是物理学中一个重要的定律，也被称为热力学第一定律，它表明了能量守恒的原理。
焦耳定律是19世纪英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特（James Prescott Joule）发现的，他通过实验验证了能量不会凭空消失或增加，只会在物质之间传递和转化的观点。
焦耳定律的简单形式可以用以下的公式表示：\[ Q = mc\Delta T \]Q是传递的热量，单位是焦耳（J）；m是物质的质量，单位是千克（kg）；c是物质的比热容，单位是焦耳/千克·摄氏度（J/kg·℃）；ΔT是温度的变化，单位是摄氏度（℃）。
焦耳与焦耳定律
焦耳与焦耳定律
焦耳（Joule）是能量的国际标准单位，表示为J。
焦耳定律是指热量和功的转换定律，即能量守恒定律在热力学中的表述。
焦耳定律可以表述为以下几个方面：
1. 热量和功的等效性：焦耳定律表明热量（Q）和功（W）可以相互转换，单位焦耳表示为J，即1焦耳的热量等于1焦耳的功。
2. 热量的产生和消耗：焦耳定律告诉我们，当物体受到外界作用，发生温度变化时，会产生或消耗热量。
物体受到的外界作用形成的功，会转化为热量，从而引起温度的升高或降低。
3. 热机效率：焦耳定律还提供了热机效率的计算公式，即热机输出功与输入热量之比。
根据焦耳定律，热机无法将全部输入热量转化为功，一部分热量会以热量形式散失，因此热机效率始终小于1。
焦耳定律是热力学的基本原理之一，对于理解能量转化和守恒有着重要的意义。
它在实际应用中广泛应用于热力学问题的计算和工程设计中。
焦耳定律课件
焦耳定律
意义：热量 电流 电阻 时间
单位： J
A
ΩS
焦耳定律的理论推导
电流通过导体时，如果消耗电能全部转化 为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那 么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。 即: Q = W = Pt = UIt = IR It = I2Rt 考考你：
三、焦耳定律 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。
焦耳
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。
电流的 热效应
焦耳定律
特征：电流通过导体会发热
探究电流热效应跟哪些因素有关
表述：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。
公式： Q = I2Rt Q = I2Rt 的推导公式的
应用
焦耳定律
一、电流的热效应
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热 现象发生。
电取暖器
热得快
上面这些生活中常用的电 器有什么共同的特性？
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。
电热杯
电饭煲
热水器 实质: 电能转化为内能。
二、探究：电流的热效应与什么因素有关
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?
演示实验
电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?
焦耳定律微观解释
焦耳定律微观解释
焦耳定律是热力学中的一个重要定律，它描述了能量转换的机制。
它的原始表述是：当热量Q传递给物体时，物体的内能增加ΔU，这
个增量与Q成正比，即ΔU=Q。
从微观角度来看，焦耳定律可以解释为：当物体吸收热量时，分子的热运动加强，分子速度增加，能量增加，因此内能也随之增加。
这个过程中，物体的温度上升，说明分子的热运动变得更加剧烈。
当物体释放热量时，分子的热运动减弱，分子速度减小，能量减少，因此内能也随之减少。
这个过程中，物体的温度下降，说明分子的热运动变得更加缓慢。
总之，焦耳定律描述了热量传递和内能变化的关系，是能量守恒定律在热力学中的具体应用。
- 1 -。
1.3.3焦耳定律
运 行情况
物理 量
电 压 U （V）
电 流 I （A）
电 阻 R （ Ω）
总功率
[电功率]（UI）
（W）
热功率 I2R （W）
机械功率 UI －I2R （W）
3 转动
0.08
0.24
0.192
0.048
30
3 0.1 30 0.3 0.3 0
卡 住
纯电阻电路:
指某段电路 在某段时间 内消耗的全 部电能!
用电路
额定电压（V） 额定功率 （W）
29吋彩 电
220 120～ 150
电熨斗
220 300～ 800
电冰箱
220 100～ 150
微波炉
220 800～ 1200
台灯
220 25～60
二、焦耳定律 1.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；电解槽把电能转化为 化学能；电热器把电能转化为内能．
电能
W
UIt
→
内能
Q
I2Rt
指转化为 内能的那 部分电能!
I=U/R
=
M
非纯电阻电路: 电能
W UIt
→
说明：欧 姆定律不 适用于非 内能+其它形式的能 纯电阻电 路！ W-Q I＜U/R
Q ＞ I2Rt
纯电阻电路: 电能
W
→
内能
Q
UIt I2Rt I=U/R = 电功 = 电热：W=Q = UIt =I2Rt =U2t/R 电功率=热功率：P =P热 = UI = I2R = U2/R
（３）单位：在国际单位制中是瓦（W），常用 单位还有毫瓦（mW），千瓦（kW）． 1kW＝103W＝106mW=10-3MW
§2.5 焦耳定律
课堂练习
6、两个灯泡A“220V，100W”和B“220V， 40W”串联后接在电路中，通电后，那 个灯泡更亮？电灯中的最大电流是多 少？此时两灯所加上的电压是多大？ 两灯的实际功率是多少？
课堂练习
7、电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧 干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后的保温 状态。如图所示是电饭锅电路的示意图，S是用 感温材料制造的开关，R1是电阻，R2是供加热用 的电阻丝。则：(1)试判断开关S接通时和断开时， 电饭锅分别处于哪种工作状态，说明你的理由。 (2)如果要使R2在保温状态时的功率是加热状态 时的一半，R1/R2应是多大? （1）电键S闭合时，电饭锅处于加 热状态；电键S断开时，电饭锅处 于保温状态 （2）0.414
常见电路的认识
1、纯电阻电路有电炉，电熨 斗，电饭锅，电烙铁，白炽 灯,被卡住不转的电动机等； 2、非纯电阻电路有电动机， 电解槽，蓄电池充电，日光 灯等。
思考与讨论
1、有些用电器质量检查合格，但出口 后却被退货，你知道原因吗？
不同国家的额定电压不同
2、傍晚时，你家的灯光有些昏暗，而 深夜时，你家的灯光又特别刺眼，你能 解释吗？
1、额定电压：用电器正常工作时的电压（铭牌上 标出的电压） 2、实际电压：用电器实际工作时的电压 3、额定功率：用电器正常工作时的功率（铭牌上 标出的功率） 4、实际功率：用电器实际工作时的功率 5、额定功率和实际功率：U实≤U额，P实≤ P额
认识铭牌
电流的热效应
1、电流通过导体时的发热现象 2、微观分析：电流通过导体时，做 定向移动的自由电荷要频繁与金属晶 格中的正离子发生碰撞，结果自由电 子加速所得的一部分动能传给离子， 使离子的热振动加剧，从而使通电导 体的内能增加，温度升高。 3、实质：电流做功使一部分电能转 化为内能。
焦耳定律
4.怎样理解焦耳定律 4.怎样理解焦耳定律
焦耳定律定量地描述了电能向热能转化的规律， 焦耳定律定量地描述了电能向热能转化的规律， 来表示，适用于任何电路。 用公式Q = I2 Rt 来表示，适用于任何电路。 在电流所做的功全部用来产生热量时， 在电流所做的功全部用来产生热量时，焦耳定 导出： 律可根据电功公式W=UIt和欧姆定律 导出： Q = W = UIt = t，这里的条件是电功全部用 来产生电热，上述公式才成立，所以， 来产生电热，上述公式才成立，所以，它们只适 用于纯电阻电路。在纯电阻电路中， 用于纯电阻电路。在纯电阻电路中，在不同的情 况下，选用不同的公式去解决问题会更简便。 况下，选用不同的公式去解决问题会更简便。
焦耳定律
例题：一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上， 例题：一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上， 60Ω的电阻丝接在36V的电源上 在5min内共产生多少热量？ 5min内共产生多少热量？ 内共产生多少热量 分析: 分析:先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的 电流，再利用焦耳定律公式计算电流产生的热 电流， 量。 解：
问题: 问题:
一.焦耳定律
1.灯泡接入电路 灯泡接入电路 中时， 中时，灯泡和电线中 流过相同的电流， 流过相同的电流，灯 泡和电线都要发热， 泡和电线都要发热， 可是实际上灯泡热得 发光， 发光，为什么电线的 发热却觉察不出来？ 发热却觉察不出来？ 2.电路中接入大 2.电路中接入大 功率的电炉， 功率的电炉，电线将 显著发热， 显著发热，有可能烧 坏它的绝缘皮， 坏它的绝缘皮，甚至 引起火灾， 引起火灾，这是为什 么？
3. 防止电热的危害： 防止电热的危害： 在电动机里， 在电动机里，电流主要用 来做机械功， 来做机械功，但电动机里的导 线有电阻，也要产生热量， 线有电阻，也要产生热量，使 导线的温度升高， 导线的温度升高，温度超过绝 缘材料的耐热温度， 缘材料的耐热温度，绝缘材料 会迅速老化，甚至可能烧坏。 会迅速老化，甚至可能烧坏。 这就需要考虑如何加快散热。 这就需要考虑如何加快散热。 有的电动机里装有风扇， 有的电动机里装有风扇，外壳 做成如图形状， 做成如图形状，都是为了加快 散热。 散热。 收音机、 收音机、电视机也要考虑 散热， 散热，所以在机壳上都有散热 孔。
《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 公式
焦耳公式
焦耳定律的公式是Q=I²Rt，其中Q表示热量，I表示电流，R表示电阻，t表示时间。
这个公式表明，在纯电阻电路中，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，跟通电的时间成正比。
焦耳定律的公式也可以变形为Q=W=Pt=UIt=(U²/R)t。
其中，W表示电功，P表示功率，U表示电压。
这些变形公式可以帮助我们更好地理解和应用焦耳定律。
需要注意的是，焦耳定律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。
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一定时，R越大则Q越小。
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）。
焦耳定律
解： I＝
U
R
＝
36V
60Ω
＝0.6A
2 2 Q=I Rt=(0.6) ×60×300J=6480J
典型例题解析
【例4】在如图9-3-1所示的电路的方框内有一种发热装置， 它是由三段阻 值相同的电热丝组成，这个发热装置的电路 与方框外的电路相连接.当开关S掷到A点时 为高温，掷到B 点时为低温(电源电压不变)，且在相同时间内，高温时产生 的热量是低 温时产生的热量的2倍，试在方框内画出它的电 路图.
课时训练
6.研究焦耳定律的实验装置如图所示，在两个相同的烧瓶中 装满煤油，瓶中各放一根 电阻丝，甲瓶中电阻丝的阻值比乙 瓶中的电阻大.实验分三步进行，其中第一步为：接通电 路 一段时间，比较甲、乙两瓶中的煤油哪个上升得高，这一步 是在什么情况下研究热量跟哪 个物理量的关系?( D ) A.是在通电时间相同的情况下，研究热量跟电流的关系 B.是在电流相同的情况下，研究热量跟通电时间的关系 C.是在电流相同但电阻不同的情况下，研究热量跟通电时间 的关系 D.是在电流和通电时间相同的情况下，研究热量跟电阻的关 系 图
4.在两根横截面积相同、长度不同的镍铬合金线两端分别 加上相同的电压，那么下列说法 中正确的是(C ) A.长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多 B.短的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较多 C.长的镍铬合金线电阻较大，相同时间内产生的热量较少 D.短的镍铬合金线电阻较小，相同时间内产生的热量较少 5.一根电阻丝接在电压U=5V的电源上，在1s内产生的热 量是2J，要让该电阻(其电阻大 小恒定不变)产生8J的热量， 可采用的办法是( A ) A.使电源电压变为10V，通电时间仍为1S B.使电源电压仍为5V，通电时间变为2S 1 C.使电源电压变为20V，通电时间变为 2 S D.使电源电压变为10V，通电时间变为2S
焦耳定律
6.加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率 为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热 功率为( C )
A．P
B．U2/r C．P2r/U2 D．P-P2r/U2
7.一个电动机，线圈电阻是0.4 ，当它两端所加的电压
为220 V时，通过的电流是5 A.这台电动机每分钟所做的
机械功有多少?
解法一:电动机消耗的电功率P电.电动机的发热功率P热.转化
为机械能的功率P机.三者之间遵从能量守恒定律: P电＝P热+P机 由焦耳定律:电动机的热功率为:P热＝I2R 消耗的电功率为:P电＝IU
因此电动机所做机械功的功率: P机＝P电－P热＝IU－I2R
根据功率与做功的关系，电动机每分钟所做的机械功为: W＝P机t=(IU一I2R)t=(5×220-52×0.4)×60 J≈6.5×104 J
R → 内能 Q
=
M →
I2Rt
内能+其他形式的能 W其 指转化为内 能的那部分 电能!
Q IUt ＞ I2Rt
纯电阻电路: I=U/R 电能 W
R →
内能 Q
IUt I2Rt = 电功 = 电热: W= IUt = U2t/R =I2Rt =Q 电功率=热功率：P = I U = U2/R = I2R =P热
转化为其他形式的能.
一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，则在时间 t内通过这段电路任一横截面的电荷量q=It
电荷量：q=It
电场力做功：W=qU W=UIt
2.公式:
W qU UIt
任意电路
U I 2 U R W I 2 Rt t R
纯电阻电路
电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流I、 这段电路两端的电压U、通电时间t三者的乘积. 3.单位：焦(J)、千瓦时(kW·h). 1kW· h＝3.6×106 J
焦耳定律三个公式
焦耳定律三个公式焦耳定律是物理学中的一个基本定律，它描述了能量转化与能量守恒的关系。
具体来说，焦耳定律描述了热量转化为功的过程中能量守恒的原理。
焦耳定律有三个不同形式的公式，本文将详细介绍这三个公式。
1. 热量转化为功的焦耳定律热量转化为功的焦耳定律是焦耳定律最基础的形式，其表达式为：Q = W + ΔU其中，Q表示所添加的热量；W表示从系统中提取的功；ΔU表示系统内能的变化量。
这个公式表述了一个简单的物理原理：能量守恒。
当系统从外部吸收一定量的热量时，该热量可以被转化为功或者增加系统内部能量。
这个公式可以应用于许多情况下，例如，当我们用火炉加热锅中的水时，我们增加了系统内能，可以让水沸腾。
在这种情况下，由于没有对外做功（锅内没有物体移动或分离），W=0，所以热量转化为增加系统内能。
2. 功转化为热量的焦耳定律功转化为热量的焦耳定律是焦耳定律的另一种表述方式，其表达式为：W = Q - ΔU其中，W表示系统对外做的功；Q表示从环境中吸收的热量；ΔU表示系统内部能量的变化量。
这个公式表明，当系统对外做功时，会减少其内部能量，导致其温度下降。
当外部对系统施加了力，使其进行位移或者分离时，系统就会对外做功。
按照这个公式，当系统对外做功时，所释放的热量等于从环境中吸收的热量减去系统内部能量的变化量。
3. 热机效率的焦耳定律热机效率是指向环境放出的能量与该热机从高温热源处输入的能量之比。
热机效率的焦耳定律可以表示为:η = W/Qh其中，η是热机效率；W表示系统对外做的功；Qh表示从高温热源中吸收的热量。
热机效率的公式通常应用于热机的情况，例如汽车发动机或蒸汽轮机。
在这些情况下，热机从高温热源中吸收热量，部分热量被转化为功，剩余部分被释放到低温热源中。
热机效率就是用来衡量这些能量转换的效率的。
综上所述，焦耳定律是一个非常基础和重要的物理定律，其三种不同的形式都具有广泛的应用范围。
这些公式不仅在物理学中有重要作用，而且在其他学科领域中也有广泛的应用。
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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
即: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。
三、电热的利用和防止
1．电热的利用
猜想与假设：
[设计实验]
讨论1. 当一个物理量与 多个因素有关，应用 什 么 方法去研究？
控制变量法 讨论2.（观察实验装置）
实验装置
用什么方法观察和比较哪些不可见的物理量？（电热） 电热——通过空气受热膨胀程度不同，比较U形管 内液注的高度差，高度差越大，说明产生的电热越 多！ 转换法
实验1：研究电热与电阻关系
利用电热孵化器孵小鸡
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。
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。
课堂小结
1.电流通过导体时，电能转化为热的现象，叫电 流的热效应。 2.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。 Q=I² Rt 3.电热的利用和防止
周六，小明在家看电视，忽然听到爸爸的脚步声，他赶 紧关上电视，写起了作业。当爸爸回来时看到他在认真写作 业，电视机也没打开，很高兴。可是 ，后来发现小刚说了谎。
用手摸一下电视机后盖 你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示？
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。 你知道有哪些用电器吗？？？
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。 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。
英国物理学家焦耳通过大量的实验， 总结出焦耳定律. 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。
公式：Q = I² R t
焦耳
(1818－1889)
单位：J
A
Ω
S
焦耳定律是大量实验的基础上归纳总结出来的， 同学们能否从能量转化（电能转化成内能）的关 系出发，用公式推导出焦耳定律？
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（纯电阻），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 U2 推导公式： Q = W = Pt = UIt ；Q = t R （推导公只适用于纯电阻电路） 纯电阻电路：灯泡，电暖器，电饭锅，电炉子等电热器。 2．如电扇这样的电动器在工作时，消耗的电能 电能 内能+机械能 主要转化为电机的机械能：
R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω
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。
实验2：研究电热与电流关系
R=5Ω
I A
R=5Ω
I
1
R=5Ω
I = 2I1
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。
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。
W ＞ Q热
电热器
• 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。
电热壶
热水器
通电后，这些用 电器内的导体会发 生什么效应？
电炉
电烤箱
电饭锅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电热器
第十八章 第４节
焦耳定律
一、电流的热效应：
电流通过导体时电能转化为内能，这种现象 叫做电流的热效应。
导线和电炉丝串联， 通过的电流相同，为 什么电炉丝很热而导 线并不很热？
电流的热效应与哪些因素有关
提出问题：
电流通过导体时产生热量的多少与哪些 因素有关