18.4焦耳定律【學習目標】1.通過生活實例，認識電流的熱效應。2.通過觀察電路中電阻產生熱量的多少，得出電熱的大小與電流、電阻、通電時間有關，并知道焦耳定律。3.通過焦耳定律的探究過程，理解控制變量法、轉換法在科學探究中的應用。【學習重難點】學習重點：探究電熱與電流、電阻、通電時間關系的實驗過程。學習難點：焦耳定律公式的得出。觀察思考鋼絲棉為什么干電池接觸鋼絲棉的瞬間，鋼絲棉可以燃燒？觀察思考

電流通過導體時，會伴隨著熱現象的產生

生活中，許多用電器通電后，都伴有熱現象產生。請舉例說明。

這些用電器在工作時都是把電能轉化為_____能。內一、電流的熱效應電流通過導體時電能轉化成內能，這個現象叫做電流的熱效應。說明（1）利用電流的熱效應工作的電器叫作電熱器。（2）電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體是由電阻率大、熔點高的電阻絲繞在絕緣材料上制成的。實驗探究電流產生的熱量與哪些因素有關提出問題電爐絲和導線通過電流相同，為什么電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱?電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關？（2）同一電熱器，通電時間越長，發熱越多。（3）電熱絲熱的發紅，而導線卻幾乎不發熱。（1）電熱器通電發熱，不通電不發熱。可能與電流有關，I越大，Q越大可能與時間有關，t越大，Q越大可能與電阻有關，R越大，Q越大電流通過導體時產生的熱的多少跟什么因素有關？物理研究方法：科學猜想：

熱量(Q)

與電阻有關；

與通電時間有關；

與電流有關；

控制變量法控制_______相同,改變_____控制_______相同,改變_____控制_______相同,改變_____I、tRR、tIR、It如何判斷導體產生熱量的多少？熱傳遞可以用U形管液面高度差Δh

表示電流產生的熱量Q。加熱倉電阻接線柱電流產生的熱量（Q熱）盒內空氣吸收的熱量（Q吸）熱膨脹增大的體積（ΔV）液面的高度差（Δh）轉

換甲

乙

加熱倉U型管加熱倉甲

乙

實驗器材：電源（4.5V)、開關（1個）、5Ω電阻（3個）、導線若干。【設計實驗】實驗1：探究電熱與電阻關系控制_______相同,改變_____實驗器材：電源（4.5V）、開關（1個）、5Ω電阻（3個）、導線若干。I、tR設計電路圖：實驗2：探究電熱與電流的關系控制_______相同,改變_____R、tI【設計實驗】實驗器材：電源（4.5V）、開關（1個）、5Ω電阻（3個）、導線若干。完成后拍照至

釘釘群

提交【設計實驗】實驗1：探究電熱與電阻關系控制_______相同,改變_____實驗器材：電源（4.5V）、開關（1個）、5Ω電阻（3個）、導線若干。I、tR設計電路圖：5Ω10Ω5Ω2.5Ω實驗1：探究電熱與電阻關系（控制I、t相同，改變R）5Ω10Ω實驗1：探究電熱與電阻關系在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越多。（控制I、t相同，改變R）實驗2：探究電熱與電流關系R、t控制_______相同,改變_____II2II實驗2：探究電熱與電流關系R、t控制_______相同,改變_____I2II在電阻相同、通電時間相同的情況下，電流越大，這個電阻產生的熱量越多。實驗2：探究電熱與電流關系結論：電流通過導體時產生的熱量與電流、電阻和通電時間有關，當電流越大，電阻越大，通電時間越長時，產生的熱量就越多。液面高度差→產生的熱量R乙=2R甲Δh乙≈2Δh甲Q乙≈2Q甲I甲=2I乙甲

乙

甲

乙

Δh甲≈4Δh乙液面高度差→產生的熱量Q甲≈4Q乙焦耳焦耳（JamesPrescottJoule,1818-1889)英國物理學家。用近40年的時間做了400多次實驗，研究熱和功的關系。通過大量的實驗，于1840年最先精確地確定了電流產生熱量與電流、電阻和通電時間的關系1、內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。

焦耳定律2、公式：

Q=I2RtQ----J，I----A，R----Ω，t-----s實驗定律當電流通過導體時，如果電流所作的功全部轉化為熱時電流產生的熱量Q就等于消耗的電能W，即Q=W=UIt

Q=I2Rt再根據歐姆定律U=IR

Q=W=UIt=（IR)It

理論證明討論：為什么電路中的電爐絲熱的發紅，導線幾乎不發熱？Q=I2Rt例

一根60歐的電阻絲接在36伏的電源上，在5分鐘內共產生多少熱量？

解題思路：先利用歐姆定律計算出通過電阻絲的電流，再用焦耳定律公式計算電流產生的熱量。Q=W=U2

t=

R

解：I=——

=——=0.6A

Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60J=6480JUR36V60ΩQ=W=UItQ=W=Pt適用于純電阻電路Q=I2Rt適用于任何電路

電熱的計算:Q=W=U2

t

R

電流所做的功全部轉化為熱時三、電熱的利用和防止電流的熱效應總結焦耳定律電能→內能與電阻、電流、通電時間有關