1、15.4 探究焦耳定律
1.叙述什么是电流的热效应及电热现象的实质,叙述焦耳定律.
2.经历分析论证电热现象跟导体电阻之间关系的过程,体验科学思维方法.
3.重点:体会电流热效应与电阻的关系,经历电热的应用.
4.能从利弊两个方面认识电热现象,体验辩证的思想观点分析问题.
一、通电导体产生的热量跟哪些因素有关
1.事实表明,电流通过导体时,导体总是会发热的,物理学中把这种现象叫做 电流的热效应 .说明电流在工作过程中消耗的 电 能转化成 内能 .
2.课本活动1中, A、B两个烧瓶中盛有 等量 的煤油.温度计测量 煤油 的温度.若A中的金属是铜丝,则电阻R较 小 ,
2、若B中金属丝是镍铬合金丝,则电阻R比较 大 ,A、B两个电阻丝 串 联在电源上,这样做的目的是使通过它们的电流 相等 .通电一定时间后,比较两瓶中煤油 温度 的变化量,若B瓶中煤油温度变化量ΔtB大,说明了 在电流、通电时间相等的情况下,电阻越大,产生的热量越多 .实验中采用了 控制变量 法,相等的量有 电流、时间 ,变化的量有 电阻 .实验中将电阻丝放热多少的问题,转换为煤油温度变化量大小的问题,这种研究方法叫做转换法.
3.通电导体产生的热量跟导体的 电阻 通过导体中的 电流 以及 通电时间 有关.
二、焦耳定律
4. 英 国物理学家 焦耳 总结出电流通过导体产生的热量,跟 电流
3、的平方 成正比、跟 导体的电阻 成正比、跟 通电时间 成正比.
5.用公式表示:Q= I2Rt .
公式中各物理量的意义和单位:
I表示 电流 ,单位 A ;R表示 电阻 ,单位 Ω ;t表示 时间 ,单位 s ;Q表示 热量 ,单位 J .
6.某导体的电阻是2 Ω,通过2 A的电流时,1 min产生多少焦耳的热量?
解:Q=I2Rt=(2 A)2×2 Ω×60 s=480 J.
7.利用Q=I2Rt理论推导解释“电炉工作时,电炉丝热的发红,而和它串联的导体却几乎不发热”这一现象.
答案 电炉内的电炉丝与外部的导线是串联的,通过它们的电流相等,但是导线的电阻远小于电炉丝的
4、电阻,故根据焦耳定律Q=I2Rt可知,在电流、通电时间相同的情况下,电阻越大产生的热量越多,故导线产生的热量远小于电炉丝产生的热量.
三、电流热效应的应用与控制
8.列举现实生活生产中电热的利用与防止的事例.
答案 (1)电热器是利用电流的热效应制成的加热设备,如:电热水器、电炉、电热毯等.
(2)电热的防止:在用电器上开散热窗、加散热片、安装电风扇,都是为了散热.
9.据报道:近年来有许多重大火灾都是因线路连接处接触不良造成的,教训十分深刻.当线路连接处接触不良时,该处的电阻将 增大 ,造成局部过热,接触处的电阻又将随着温度的升高而 增大 ,从而形成电热的逐步积累,以致引发火灾.(
5、均选填“增大”、“减小”或“不变”)
1.电流的热效应我们不方便比较,但是可以通过温度或热胀冷缩来直观的比较热效应的强弱.
提出问题: 通过导体产生的热量多少与什么因素有关 ?
猜想假设: 可能与导体的电阻、电流以及通电时间有关 .
2.用什么器材去测量本实验中的物理量?实验中要观察什么?
答案 温度计.温度计升高的示数,电流产生的热量越多,温度计示数升高得越高.
3.用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体,甲比乙的横截面积大,如图所示.将它们串联在电路中,通电一段时间后,比较甲、乙两导体升高的温度,下列说法中正确的是(B)
A.甲导体产生的热量多
6、
B.乙导体产生的热量多
C.甲、乙两导体产生的热量相同
D.条件不足,无法判断
4.焦耳定律公式的运用:
(1)某导体的电阻是2 Ω,通过2 A的电流时,10 s产生多少热量?
解:Q=I2Rt=(2A)2×2 Ω×10 s=80 J.
(2)某导体的电阻是1 Ω,通过200 mA的电流时,多少min产生热量24 J?
解:Q=I2Rt得:t===600 s=10 min.
(3)某导体的电阻是1 Ω,通过多少 mA的电流时, 5 min能产生12 J的热量?
解:由Q=I2Rt得:I===0.2 A=200 mA.
5.电热器是利用电来加热的设
7、备,你认为电热器的主要工作部分是什么?它的特点是什么?电热器有哪些优点?
答案 电热器的主要工作部分是发热体,它是用电阻大、熔点高的金属电阻线绕在绝缘材料上制成的.它的优点是清洁、无污染、热效率高,且便于控制和调节.
6.为什么在制作和使用电器时要采取有效措施进行散热?小组内讨论交流.
你的答案是 用电器中通过电流时产生的热,会使导体的温度升高,使用电器不能正常工作,并且使绝缘材料迅速老化,造成危害 .
7.电流通过电炉时的发热状况与通过电视机时的一样吗?
答案 不一样.
8.电流通过导体时,如果消耗的电能全部转化为热能,而没有同时转化为其他形式的能量时(即电路为纯电阻电路),那么,电流产生的热量Q= W .
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