焦耳定律（提高）

【學習目標】

1、知道電流的熱效應；

2、理解焦耳定律，知道電流通過導體時產生熱的多少與哪些因素有關；

3、知道電熱的利用和防止。

【要點梳理】

要點一、電流的熱效應

1．定義：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。

2．影響電流的熱效應大小的因素：導體通電時，產生熱的多少與電流的大小、導體電阻的大小和通

過時間有關。通電時間越長，電流越大，電阻越大，產生的熱量越多。

要點詮釋：電流通過導體時，電流的熱效應總是存在的。這是因為導體都有電阻。導體通電時，由于

要克服導體對電流的阻礙作用，所以要消耗電能，這時電能轉化成內能。如果導體的電阻為零，電流

通過導體時，不需要把電能轉化成內能，這時電能在導體中傳輸時也不會因發熱而損失。

3.探究影響電流通過導體產生的熱量的因素

（1）電流產生的熱量與電阻的關系

如圖18.4-2所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度

的變化。兩個密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。

兩容器中的電阻絲串聯起來接到電源兩端，通過兩段電阻絲的電流相同。通電一定時間后，比較兩

個U形管中液面高度的變化。你看到的現象說明了什么?

實驗表明：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。

（2）電流產生的熱量與電流大小的關系

如圖18.4-3所示，兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個容器的外部，將一個電阻和這個容

器內的電阻并聯，因此通過兩容器中電阻的電流不同。在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液

面高度的變化。你看到的現象說明了什么?

實驗表明：在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產生的熱

量越多。

要點二、焦耳定律

1．內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟電阻成正比，跟通電時間成正比。

這個規律叫焦耳定律。

2．公式：Q=I2Rt

要點詮釋：焦耳定律的另外兩個表達式：

1.從公式我們能看出,電流通過導體產生的熱量受電流的影響最大。

2.在應用焦耳定律的表達式來解決問題時，應該根據具體情況進行分析選用，例如，當幾個導體串

聯起來時，由于通過導體的電流相等，通電時間也相等，應用表達式分析，此時導體產生的

熱量與電阻R成正比；當幾個導體并聯起來時，由于加在導體兩端的電壓相等，通電時間也相等，應用

表達式分析，此時導體產生的熱量與電阻成反比。

3.幾個公式的比較

電功電功率焦耳定律適用范圍

基本公式W=UIt普遍適用

導出公式純電阻電路W=Q

4.只有在純電阻電路中可以用電功公式計算電熱。因為在純電阻電路中，電流做的功全部用來產生

熱量，此時電功等于電熱，即W=Q。而在非純電阻電路中，電流所做的功只有一部分用來產生熱量，如

電動機工作時，既產生熱量又產生機械能，電功等于熱量與機械能之和，即W>Q，故此時就不能用電功

的公式來計算電熱了。

要點三、電熱的利用和防止

1.電熱的利用：日常生產、生活中會經常用到電熱,如家用的熱水器、電飯煲等,這些都是用電來加

熱的設備,叫電熱器。

要點詮釋：

這些用電器的共同特點就是利用電流做功,將電能轉化成內能,使我們獲得需要的熱量。

有些電器通電時也能產生熱量,但是由于不是用電來加熱的,所以不能叫電熱器(如電視機、電腦等)。

2.電熱的危害：很多情況下,電流通過導體時產生的熱量,并不是我們需要的,這時電能白白消耗掉

了,有時還會引起事故甚至災害,所以要想辦法阻止電熱的產生。

要點詮釋：

我們說的電熱的危害是對于我們的需要來說的,如果產生的熱量是我們需要的,那對我們是有利的,反

之就是有害的，如：電視機在工作時產生的熱量,在正常觀看時是有害的，但當電視機長時間不用時,

我們可以利用電熱來驅潮,這時的電熱是有利的。

電熱器在工作時產生的熱量如果過多,也會帶來危害,所以我們在正常使用電能產生的熱量時,也要注

意安全。

【典型例題】

類型一、基礎知識

1、（秋?桃江縣校級期中）如圖所示的電動機是一種使用廣泛的動力機械，從能量轉化的角度看，

它主要是把電能轉化為機械能，還有一部分能量在線圈中以熱量的形式散失掉。現有一臺電動機，當電

動機兩端加200V電壓時，通過電動機線圈的電流為50A。問：

（1）每分鐘該電動機消耗的電能是多少？

（2）若該電動機線圈的電阻是0.4Ω，則線圈每分鐘產生的熱量是多少？

（3）這臺電動機每分鐘所做的機械功是多少？

【思路點撥】（1）根據W=UIt即可求出每分鐘該電動機消耗的電能；

（2）根據Q=I2Rt即可求出產生的熱量；

（3）電動機消耗的電能轉化為內能與機械能，結合功能關系即可求出每分鐘所做的機械功。

【答案與解析】

（1）根據W=UIt即可求出每分鐘該電動機消耗的電能：W=UIt=200V×50A×60s=6×105J

（2）若該電動機線圈的電阻是0.4Ω，則線圈每分鐘產生的熱量：Q=I2Rt=(50A)2×0.4Ω×60s=6×104J

545

（3）這臺電動機每分鐘所做的機械功：W機械=W-Q=6×10J-6×10J=5.4×10J

【總結升華】在該題中，電動機是非純電阻電路，電動機消耗的電能等于產生的內能以及對外做功的和。

舉一反三：

【變式】晨光從一臺廢舊收錄機內拆下一只電動機，他將一只電流表與其串聯后接在6V的穩定電源上，

閉合開關后，電動機未轉動，而此時電流表的示數為2A，檢查發現電動機的軸承被卡住了，排除故障后,

電動機正常轉動，這時電流表示數為0.5A。

求：(1)電動機線圈的電阻；

(2)電動機正常工作時的耗電功率；

(3)電動機正常工作時的發熱功率；

(4)電動機被卡住時的發熱功率。

【答案與解析】

(1)，

(2)P=UI2=6V×0.5A=3W，

22

（3）P=I2R=（0.5A）×3Ω=0.75W

22

(4)P熱=I1R=（2A）×3Ω=12W。

2、如圖所示的實驗裝置中，三個相同的燒瓶A、B、C內部都盛有質量和初溫均相等的液體，其

中，A、B燒瓶中裝的是水，C瓶中裝的是煤油，A、B、C瓶中電阻絲的阻值分別為RA、RB、RC，且

RA=RC＞RB。當合上開關S通電一段時間后（三個燒瓶中的液體均未達到沸騰），A、B、C瓶中溫度計

示數分別為TA、TB、TC。對三只溫度計示數的判斷，下列說法正確的是（均不計熱損失，比熱容C水＞

C煤油）（）

A．TA=TB＜TCB．TA=TC＞TBC．TC＞TA＞TBD．TA＞TB＞TC

【思路點撥】根據Q=I2Rt和Q=cm△t進行分析，先比較AB溫度計示數的關系；然后比較AC中溫度計示

數的關系，最后得出三者之間的關系。

【答案】C

【解析】由Q=I2Rt可知，A、C中電阻絲產生的熱量相同，B中產生的熱量最少，由于AB中都為水，因

此產生熱量多的溫度計升高的示數就大，故TA＞TB；

由Q=cm△t可知，吸收的熱量和質量都相同時，比熱容越小，溫度變化越快，因此煤油中溫度計的示數

大，故TC＞TA；綜合分析可得：TC＞TA＞TB。

【總結升華】本題考查了學生對焦耳定律、吸熱公式的掌握和運用，判斷出電熱絲放熱的多少是本題的

關鍵。

舉一反三：

【變式】（?巴彥淖爾中考）如圖所示，在四個相同水槽中盛有質量相等和溫度相同的純水，現將阻值

為R1、R2的電阻絲（R1＜R2）分別按圖中的四種方式連接放入水槽，并接入相同電源。通電相同時間后，

水溫最高的是（）

【答案】D

類型二、

3、（?廣元中考）如圖所示，燈L上標有“6V3W”字樣（不考慮溫度對燈泡電阻的影響），電阻

R1=20Ω。求：

（1）燈泡的電阻；

（2）當開關S1閉合，S2、S3都斷開時，燈L正常發光，電源電壓；

（3）開關S1、S2、S3都閉合，且滑片P在b端時，電流表的示數為2.4A，滑動變阻器R2的最大阻值；

（4）當開關S1斷開，S2、S3都閉合，且滑片P在a、b間中點時，在1min內滑動變阻器產生的熱量。

22

【答案與解析】（1）由題意知：燈泡的額定電壓UL=6V，額定功率PL=3W，燈泡電阻RL=U/P=(6V)/3W

=12Ω。

（2）燈泡正常發光，電路電流I=UL/RL=6V/12Ω=0.5A，電阻R1與燈泡L串聯，電源電壓U=I（R1+RL）

=0.5A×（20Ω+12Ω）=16V。

（3）電路電流IA=2.4A，電阻R1與R2并聯，由歐姆定律得：流過電阻R1的電流I1=U/R1=16V/20Ω=0.8A，

流過電阻R2的電流I2=IA-I1=2.4A-0.8A=1.6A，電阻R2的電阻值R2=U/I2=16V/1.6A=10Ω。

（4）滑片P在a、b間中點，滑動變阻器接入電路的電阻值R'2=R2/2=10Ω/2=5Ω，在t=1min=60s內，滑

U2（16V）2

動變阻器產生的熱量Qt60s=3072J。

5

R2

答：（1）燈泡的電阻是12Ω。（2）電源電壓是16V。（3）滑動變阻器R2的最大阻值是10Ω。

（4）在1min內滑動變阻器產生的熱量是3072J。

【總結升華】分析清楚電路結構，弄清各電路元件的串并聯關系，靈活地應用串并聯電路的特點、歐姆

定律及電功公式，是解題的關鍵。

4、有一個電壓值可任意選取的電源，有若干根電阻值相同的電阻絲?，F把一根電阻絲接在電壓值

為U的電源上，通電1min，電阻絲產生的熱量為Q，要想使電阻絲產生的熱量為3Q，應采取哪三種最

簡單的不同方法。

【答案與解析】根據Q=I2Rt及導出公式Q＝U2t/R可采取的方法有：

方法一：由Q=I2Rt可知，把一根電阻絲仍接到U兩端，通電時間延長為3min，則電阻絲產生的熱

量為3Q。

方法二：由Q＝U2t/R可知，把三根電阻絲并聯接在U兩端，通電仍為1min，則電阻絲產生的熱量

為3Q。

方法三：由Q＝U2t/R可知，把一根電阻絲接到電壓為3U的電源兩端，通電1min，則電阻絲產生

的熱量為3Q。

【總結升華】靈活運用公式用不同方法解決問題，體現解電學問題的變通性。

舉一反三：

【變式】兩個阻值分別為R1與R2的電熱絲，R1=15Ω，R2=30Ω。把它們串聯后接在家庭電路上，經過

9min產生熱量Q。若把它們并聯后仍接在家庭電路上，要產生同樣熱量Q，需要多少時間?(設電熱絲的

電阻不受溫度影響)

【答案】2min

【解析】串聯電阻為：R串=R1+R2=15Ω+30Ω=45Ω，

產生熱量：

并聯電阻為：

產生熱量：

聯立解得需要時間：。

5、李明同學從商店里買來一個電熱