焦耳定律（基礎）

【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

電時間有關。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、（?宿遷中考）電爐中的電阻絲通電一段時間后變得很燙，而連接電爐的導線卻不怎么熱，主

要是因為（）

A．通電導線的電流小于通過電阻絲的電流

B．導線的絕緣皮隔熱

C．導線散熱比電阻絲快

D．導線的電阻遠小于電阻絲的電阻，導線上產生的熱量很少

【思路點撥】電爐絲和導線串聯，通過的電流和通電時間相同，根據焦耳定律Q=I2Rt可知，電阻越大電

流產生的熱量越多，據此分析判斷。

【答案】D

【解析】電爐絲跟銅導線串聯，通過它們的電流I和通電時間t相等，故A錯誤；

2

因為Q=IRt，R電爐絲＞R導線，所以產生的熱量：Q電爐絲＞Q導線，即相同時間內導線產生的熱量小于電爐絲產

生的熱量，而與散熱快慢、隔熱效果無關，故D正確，B、C錯。故選D。

【總結升華】本題主要考查學生對焦耳定律的了解與掌握，分析時注意用好控制變量法。

舉一反三：

【變式】某導體通過1A的電流時，在某一段時間內放出的熱量是4J，如果通過它的電流增加到2A，在

相同的時間內放出的熱量是()

Ａ．8JＢ．16JＣ．32JD.64J

【答案】B

【解析】由于Q=I2Rt可知在t、R一定時，Q與I2成正比，電流變為原來的2倍時，Q變為原來的4倍。

2、（?靖江市校級一模）小明利用如圖所示的裝置，探究電流通過導體時產生熱量的多少與電阻大

小的關系：在兩個相同的燒瓶中盛著質量和溫度都相同的煤油，煤油中都浸泡著一段金屬絲，甲燒瓶中

的金屬絲是銅絲，電阻比較小，乙燒瓶中的電阻絲是鎳鉻合金絲，電阻比較大。

（1）通電一段時間后，小明發現_______燒瓶中溫度計的示數大，表明其它條件相同時，導體的電阻越

_______，產生的熱量越多。

（2）本實驗使用了控制變量的科學方法：通過兩金屬絲串聯的方式，控制______________和

______________相同；還使用了轉換的科學方法：把導體產生熱量的多少轉換為______________。為了

保證這種轉換的科學性，實驗中采取的措施是______________。

（3）小明想把該裝置改成探究物質吸熱能力的實驗裝置，則他應將其中一個燒瓶中的煤油換成_______

相同的水，將甲燒瓶中的銅絲換成與乙燒瓶中鎳鉻合金絲的_______相等的鎳鉻合金絲，并將兩個燒瓶

中的金屬絲做絕緣處理。

【思路點撥】（1）根據圖示可知，兩電阻串聯，即通過它們的電流相等，由焦耳定律可知阻值越大的電

阻產生的熱量越多，溫度升高越快；（2）通電導體產生熱量的多少與通過導體的電流、導體的電阻和通

電時間有關，為了研究與電阻大小的關系，讓通過的電流和通電時間相同，即采用控制變量法；實驗中，

我們通過溫度計的示數變化反應導體產生熱量的多少，即采用轉換法；（3）探究“比較水和煤油比熱容

的大小”的實驗，根據Q=cm△t，控制水和煤油兩種物質的質量相等，吸收相等的熱量，通過比較溫度

變化量來比較比熱，或控制水和煤油兩種物質的質量相等，升高相同的溫度，通過吸收熱量的多少來比

較比熱。

【答案】（1）乙；大；（2）電流和通電時間；煤油升高的溫度；燒瓶應密封；（3）質量；阻

值。

【解析】（1）因為兩電阻串聯，所以通過它們的電流相等；由焦耳定律Q=I2Rt得，電阻大的在相同時間

產生的熱量多，升高的溫度快．因此，乙燒瓶中溫度計的示數升高快；（2）實驗時，將銅絲和鎳鉻合金

絲串聯接入電路中，這是為了控制通過兩電阻的電流相同；電阻絲產生熱量的多少可以通過溫度計示數

變化反應出來，電阻絲產生熱量的多少轉化為溫度計示數的變化，本實驗應用了轉換法；為了保證這種

轉換的科學性，減少實驗過程中熱量的損失，實驗中燒瓶應密封；（3）探究“比較水和煤油比熱容的大

小”的實驗，控制水和煤油兩種物質的質量相等，吸收相等的熱量，通過比較溫度變化量來比較比熱，

或控制水和煤油兩種物質的質量相等，升高相同的溫度，通過吸收熱量的多少來比較比熱。所以將其中

一燒瓶的煤油換成質量相等的水，將乙燒瓶中的銅絲換成與甲燒瓶中鎳鉻合金絲的電阻相等的鎳鉻合金

絲。故答案為：（1）乙；大；（2）電流和通電時間；煤油升高的溫度；燒瓶應密封；（3）質量；

阻值。

【總結升華】本題考查了學生對焦耳定律、比熱容的應用、串聯電路的電流關系的了解和掌握，難點是

控制變量法和轉換法的理解和使用。

類型二、知識運用

3、電動機是將電能轉化成機械能的機器，但由于線圈內部有電阻，所以同時還有一部分電能轉化

成內能。若一臺玩具電動機接在6V的電源兩端，使其正常轉動時，通過電動機中的電流為0.3A；短暫

地卡住電動機轉動軸，使其不能轉動，通過電動機中的電流為3A。則這臺電動機線圈的電阻為_____Ω，

正常轉動時的效率是________________。

【思路點撥】當電動機正常轉動時，消耗的電能（總功）轉化為機械能（有用功）和內能（額外功），

轉化的內能可用焦耳定律Q=I2Rt來計算，此時的電動機電流、電壓、電阻關系不適用歐姆定律。當電動

機被卡住時，消耗的電能就全部轉化為內能，此時的電動機電流、電壓、電阻關系適用于歐姆定律。

【答案與解析】

【總結升華】本題關鍵在于電動機不是個純電阻，所以對電動機正常轉動和卡住不轉的分析計算是不同

的，這個需要同學們注意。

舉一反三：

【變式】如果電視機，電烙鐵和電風扇上都標有“220V，60W”的字樣，它們都在額定電壓下，工作相同

的時間，三個用電器產生的熱量是（）

A．電視機最多B．電烙鐵最多C．電風扇最多D．一樣多

【答案】B

【解析】三個電器功率一樣，即它們消耗的電能一樣；電視機主要是把電能轉化為聲能和光能，電風扇

主要是把電能轉化為機械能，只有電烙鐵全部將電能轉化為熱量。

4、（?朝陽區一模）一只額定電壓為U的電熱水壺，將它接入電壓為U的電路中，燒開一壺水所

用的時間為t1；如果用這只電熱水壺在相同條件下燒開同樣一壺水所用的時間為t2，則此時所接入電路

兩端的電壓U′為。

t

【答案】UU1

t2

【解析】設電熱壺的電阻為R，因為燒開同樣一壺水消耗的電能相等，并且，所以，

由可得：，解得：。

【總結升華】本題考查了電功與熱量的綜合計算，關鍵是知道燒開同一壺水需要的熱量相同、消耗的電

能相等。

舉一反三：

【變式】兩根阻值相同的電阻絲，分別串聯和并聯