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1、第四节第四节 科学探究电科学探究电流的热效应流的热效应本讲稿第一页，共二十七页1 1.知道并会探究电流通过导体时产生的热量和电流、知道并会探究电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。电阻及通电时间的定性关系。2 2.掌握焦耳定律的内容及其数学表达式。掌握焦耳定律的内容及其数学表达式。3 3.了解电功与电热的关系。了解电功与电热的关系。本讲稿第二页，共二十七页电油炸锅电油炸锅电饭煲电饭煲电熨斗电熨斗电取暖器电取暖器电烤箱电烤箱电热水器电热水器本讲稿第三页，共二十七页电烙铁电烙铁电热水壶电热水壶电热毯电热毯本讲稿第四页，共二十七页这些常见家用电器的共同特点：这些常见家用电器的共同
2、特点：1.1.电流通过导体时电能转化为热能的现象叫做电流的热效电流通过导体时电能转化为热能的现象叫做电流的热效应。应。2.2.利用电流的热效应工作的电器叫做电热器。利用电流的热效应工作的电器叫做电热器。3.3.电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。本讲稿第五页，共二十七页优点：清洁、无污染、热效率高，便于控制和调节等优点：清洁、无污染、热效率高，便于控制和调节等 优点。优点。缺点：浪费电能，造成电线老化缺点：浪费电能，造成电线老化,影响用电器使用寿命。影响用电器
3、使用寿命。电流的热效应有什么利和弊？电流的热效应有什么利和弊？本讲稿第六页，共二十七页电流的热效应与电流的热效应与哪些因素有关？哪些因素有关？点亮的灯泡过一会儿会点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？烫手，说明什么？导线和电熨斗串联，为什么电熨斗导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不是很热？说明什么很热而导线并不是很热？说明什么？本讲稿第七页，共二十七页电流通过导体时产生热的多少跟电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？什么因素有关？首先猜测电流首先猜测电流I I、电阻、电阻R R、时间、时间t t三三者对电流产生的热量者对电流产生的热量Q Q的多少有影的多少有影响，然后对电流响，然后对
4、电流I I、电阻、电阻R R、时间、时间t t三者进行探究。三者进行探究。本讲稿第八页，共二十七页控制电流控制电流I I、时间、时间t t相同相同:研究电阻研究电阻R R变化变化 对电热对电热Q Q的影响的影响控制电阻控制电阻R R、时间、时间t t相同相同:研究电流研究电流I I变变化化对电热对电热Q Q的影响的影响控制电阻控制电阻R R、电流、电流I I相同相同:研究时间研究时间t t变变化化对电热对电热Q Q的影响的影响控控制制变变量量法法探究实验用什么物理方法？探究实验用什么物理方法？本讲稿第九页，共二十七页电流通过导体产热电流通过导体产热,其中所产生的热量既看不见其中所产生的热量既看
5、不见也摸不着，如何测量呢？也摸不着，如何测量呢？既看不见也既看不见也摸不着的科摸不着的科学量学量既看得见既看得见也能测量也能测量的科学量的科学量转化转化转化转化让电流产生的热量让电流产生的热量被气体吸收，通过被气体吸收，通过观察气体的热膨观察气体的热膨胀（胀（观察玻璃导观察玻璃导管内的水柱升降管内的水柱升降）来测量。来测量。本讲稿第十页，共二十七页控制电阻控制电阻R R、电流、电流I I相同相同:研究通电时间研究通电时间t t变化变化 对电热对电热Q Q的影响的影响结论：结论：在电阻通过电流相同时，电流产生热量多少与通在电阻通过电流相同时，电流产生热量多少与通电时间电时间t t长短有关，并且通
6、电时间长短有关，并且通电时间t t越长电流产生热量越多。越长电流产生热量越多。每隔一分钟记录一每隔一分钟记录一下温度计的示数下温度计的示数本讲稿第十一页，共二十七页控制电阻控制电阻R R、时间、时间t t相同相同:研究电流研究电流I I变化变化对电热对电热Q Q的的影响影响结论：结论：在电阻和通电时间在电阻和通电时间t t相同时，电流产生热量相同时，电流产生热量多少与通过导体的电流大小有关，并且电流越大，多少与通过导体的电流大小有关，并且电流越大，电流产生热量越多。电流产生热量越多。相同时间内通过相同时间内通过R R的电流为，的电流为，移动移动R R0 0的滑片的滑片,使通过使通过R R的电流
7、的电流为为0.50.5。比较。比较R R两次所产热的两次所产热的多少多少本讲稿第十二页，共二十七页控制电流控制电流I I、时间、时间t t相同相同:研究电阻研究电阻R R变化变化对电热对电热Q Q的影的影响响结论：结论：在电流在电流I I和通电时间和通电时间t t相同时，电流产生热相同时，电流产生热量多少与导体的电阻大小有关，并且电阻越量多少与导体的电阻大小有关，并且电阻越大，电流产生热量越多。大，电流产生热量越多。本讲稿第十三页，共二十七页电流通过导体所产生的热量与导体的电阻电流通过导体所产生的热量与导体的电阻大小成正比，与电流的平方成正比，与通大小成正比，与电流的平方成正比，与通电时间成正
8、比。电时间成正比。焦耳定律焦耳定律(t)t)总结论总结论本讲稿第十四页，共二十七页焦耳（焦耳（1818181818891889），英），英国物理学家。国物理学家。18181818年年 12 12月月2424日生于曼彻斯特附近日生于曼彻斯特附近的索尔福德，的索尔福德，18891889年年1010月月1111日卒于塞尔。日卒于塞尔。焦耳定律的发现者焦耳定律的发现者本讲稿第十五页，共二十七页焦耳定律的理论推导焦耳定律的理论推导电流通过纯电阻导体时所做电功电流通过纯电阻导体时所做电功W=UItW=UIt电流通过纯电阻导体时所做电电流通过纯电阻导体时所做电功全部转化为电热功全部转化为电热Q=W=UItQ
9、=W=UIt对于纯电阻导体对于纯电阻导体U=IRU=IRQ=W=UIt=IRIt=IQ=W=UIt=IRIt=I2 2RtRt本讲稿第十六页，共二十七页问题问题1.1.灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热却觉察不出来。这是为什么却觉察不出来。这是为什么?灯泡的电阻比电线的大灯泡的电阻比电线的大得多，产生的热量更多。得多，产生的热量更多。本讲稿第十七页，共二十七页问题问题2.2.假如在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显假如在照明电路
10、中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。这又是为什么？为什么？大功率用电器的电大功率用电器的电流过大，引起导线流过大，引起导线发热过多。发热过多。本讲稿第十八页，共二十七页问题问题3.3.电路中负荷过大有什么危险？为什么？电路中负荷过大有什么危险？为什么？电路中负荷过大时，使电路中电流增大，按电路中负荷过大时，使电路中电流增大，按Q=IQ=I2 2RtRt计算计算，容易引起线路发热，甚至烧毁线路。，容易引起线路发热，甚至烧毁线路。本讲稿第十九页，共二十七页显然，我们希望热量更多地集中在电炉的发热体上，显然，我们希
11、望热量更多地集中在电炉的发热体上，而不是与电炉相连的导线上。根据今天所学的焦耳定而不是与电炉相连的导线上。根据今天所学的焦耳定律律Q=IQ=I2 2Rt Rt，你对发热体和导线的材料有何建议？，你对发热体和导线的材料有何建议？发热体：电阻率大、熔点高发热体：电阻率大、熔点高导线：电阻率小、熔点高导线：电阻率小、熔点高请你当设计师：请你当设计师：本讲稿第二十页，共二十七页电流热效应的利用电流热效应的利用v制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）v制白炽灯制白炽灯v制保险丝（要求保险丝材料电阻率大、熔点低）制保险丝（要求保险丝材料电阻率大、熔点低）本讲稿
12、第二十一页，共二十七页v导线上的热损耗应尽量减少。导线上的热损耗应尽量减少。v家用导线一般用电阻率很小的铜导线。家用导线一般用电阻率很小的铜导线。v高压导线又都是采用升高电压减少电流的方法来减高压导线又都是采用升高电压减少电流的方法来减少热损耗。少热损耗。v预计未来导线可用超导体从而避免电流在导线上的热损预计未来导线可用超导体从而避免电流在导线上的热损耗。耗。无用的电流热效应应尽量减少无用的电流热效应应尽量减少本讲稿第二十二页，共二十七页1.1.一个一个2020的电阻，通过的电阻，通过0.5A0.5A的电流的电流2min2min，电阻上，电阻上消耗的电能是消耗的电能是_,_,释放热量为释放热量
13、为_。2.2.一个电阻通过一个电阻通过0.2A0.2A的电流的电流5min5min，电阻上产生的热，电阻上产生的热量为量为600J600J，这个电阻的阻值是，这个电阻的阻值是_ _。3.3.一个一个200200的电阻通电的电阻通电2min2min，电阻上消耗的电能是，电阻上消耗的电能是4.5104.5104 4J,J,则通过电阻的电流是则通过电阻的电流是_。600J600J600J600J50501.37A1.37A本讲稿第二十三页，共二十七页5.5.两个电热器的电阻之比为两个电热器的电阻之比为4 43 3，通过相同的电，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为流，在相等的时间里产生的热
14、量之比为_；若两；若两个电热器的电阻相同，通过的电流之比为个电热器的电阻相同，通过的电流之比为1 13 3，在，在相等的时间里产生的热量之比为相等的时间里产生的热量之比为_。4 43 31 19 94.4.一个一个4040的电阻，通过的电阻，通过0.3A0.3A的电流，则通电的电流，则通电_min_min释放热量为释放热量为2160J2160J。1010本讲稿第二十四页，共二十七页6.6.当当0.2A0.2A的电流通过一金属线时产生的热量为的电流通过一金属线时产生的热量为Q Q1 1，若使，若使通过的电流增加到通过的电流增加到0.4A0.4A时，在相同的时间内产生的热量时，在相同的时间内产生的
15、热量为为Q Q2 2，那么，那么Q Q2 2是是Q Q1 1的的()A.2A.2倍倍 B.4 B.4倍倍 C.0.25C.0.25倍倍 D.0.5 D.0.5倍倍B B本讲稿第二十五页，共二十七页1.1.电流的热效应：电流的热效应：电流通过导体时电能转化为热能的现象。电流通过导体时电能转化为热能的现象。2.2.电热器：电热器：利用电流的热效应工作的用电器。利用电流的热效应工作的用电器。3.3.焦耳定律：焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流通过导体产生的热量跟电流的二次方电流的二次方成正比，成正比，跟跟导体的电阻导体的电阻成正比，跟成正比，跟通电时间通电时间成正比。成正比。公式：公式：Q=IQ=I2 2RtRt。本讲稿第二十六页，共二十七页只要不放弃努力和追求，小草也有点缀春天的价值。本讲稿第二十七页，共二十七页