科学探究 电流的热效应

温故知新
1、电流做功的过程，实质是 能转化为 能。
2、电动机工作过程 能转化为 能；
蓄电池充电过程 能转化为 能； 电炉工作过程 能转化为 能；
电灯工作过程 能转化为 能；
家庭电路中的用电器哪些是把电能转化为内能的？
同学们还记得我们前边学习的电功的公式么？ 它表示什么意义呢？
W=UIt
它们的共同特征是什么？
——电能转化为内能
电流的热效应
导体中有电流通过的时候，导体要发热，这种现象叫做电流的热效应。
利用电流做功将电能转化为内能的装置，统称为电热器。
电流还具有磁效应和化学效应
思考：
1、灯泡和电线串联在电路中，电流相同，灯泡热得发光，电线却不怎么热，这是为什么？
2、相同的导线如果将灯泡换成大功率的电炉，电线将显著发热，甚至烧坏电线，这又是为什么？
3、电熨斗，它通电的时间过长，会产生更多的热量，一不小心，就会损坏衣料。
这又是为什么？
电阻不同
电流不同
时间不同
提出问题
电流通过电热器产生的热量跟哪些因素有关？
做出猜想
导体的电阻
导体中电流
通电的时间
• • • • • • • • • •
设计实验
控制变量法
热量与电阻
R1=5Ω
R2=10Ω
热量与电流
R1=R2=R3=10Ω
I1=2I2
R1
R2
R3
I1=I2
目标：在电流相同、电阻不同时，产生电热的效果如何呢？
思考：
①实验设计中，怎样保证电流等大？
②用什么仪器反映产生热量的多少？
【演示实验1】
①电阻串联时电流相同。
②电阻丝放入盛有煤油的烧瓶中，通电后，温度升高，液体膨胀，液面升高。
请回答：
①看到了什么现象？
②说明了什么结论？
现象：I 相同时，R 大的一边液面升的高，即升温快。
结论1：在电流和时间相同时，电阻越大产生的热量越多。
思考：
①此时，哪个电流小？为什么？
②并联分流的电阻为什么要放在盒子外面?
让相同的电阻，流过不同的电流，看效果会如何呢？
【演示实验2】
①右边的发热器热量少，因为并联的电阻分去一半的电流。
②不让它产生的热量影响盒内的温度。
看到了什么现象？说明了什么结论？
①电流 I 大的液面升高快，即产生的热量Q 多。
②结论：在电阻相同和时间相同时，通过的电流越大，产生的热量越多。
【跟踪思考】
通过以上实验你能总结出什么规律？
电阻上产生的电热与电阻大小和流过的电流都有关，电阻越大，电流越大，产生的热量越多。
焦耳定律
英国物理学家焦耳通过大量
的实验，于1840年精确地确
定了电流产生的热量跟电流、
电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。
电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比 。
通过导体的电流
单位：安（A）
导体的电阻
单位：欧（Ω）
通电时间
单位：秒（S）
电流所产生的热量，简称“电热”
单位：焦耳（J）
电热与电功的关系
请比较电炉与电风扇的的工作特点
纯电阻电路：
非纯电阻电路：
纯电阻电路中焦耳定律的推导 ；
Q=W=Pt=UIt=IR·It=I²Rt
像电炉这种只把电能转化内能的 用电器。 Q=W
像电风扇这种把电能主要转化为其它形式的能，少部分电能转化为内能的用电器。 Q电能全部转化为热能，电功等于电热
在纯电阻电路中（白炽灯、电炉等）
在非纯电阻电路中，（如电动机）
电能大部分转化为机械能，
但不可避免的一小部分转化为热能。
结论：
W>Q
U>IR
（欧姆定姆不适用）
应该是W=E机+Q
电热和热功率
1.电热:电流通过导体产生的热量
2.热功率:单位时间内电流通过导体产生的热量
表达式：P热=I2R
如：白炽灯的功率越大则越亮
Q=I2Rt与W=IUt的区别
①在纯电阻电路中，这两个公式是通用的。
把电能只转化为内能
②在非纯电阻电路中， W=IUt 公式求得的是
总消耗的电能； Q=I2Rt 公式求得的是在总电能中
部分转发为内能的能量
即：
W>Q
【拓展变化】
①若电阻丝截短一半，仍接在原电源上，在相同时间内，产生的热量是原来的多少倍？
②若电压减为一半，其他不变，则产生热量又如何？
“试一试”：实例分析
实例1：电褥子长时间通电容易起火，你能
解释么？
实例2：电路短路会起火，你能解释么？
实例3：拨打手机时间长了，手上有什么感
觉？怎么办？
实例4：两个灯泡，亮度大的产生的热量一
定更多么？
电热的利用
2、电热器的发热体：
1、电热器：
3、电热器的优点：
① 电热饮水机
② 电熨斗
③ 电烙铁
④ 电烤箱
⑤ 电热孵化器
⑥ 电热水器
电阻大、熔点高
污染小、使用方便
电热的危害和防止
2003年2月3日凌晨5时许，兰州城关区鱼池口拱星墩后街144号发生一起火灾，78岁的王玉花老人用劣质电热毯取暖时，因温度过高引燃被褥，当场被烧死，经济损失2000多元，着起的大火在当天上午9时许才被扑灭；2003月15日上午9时许，兰州市农民巷老四川菜馆因房顶内电线短路引发大火，整个菜馆毁于一旦。
随着家用电器的增多，家庭火灾发生率也急剧攀升。2004全国城市居民家庭火灾发生2．2万起，死亡673人，伤945人。
典型例题解析
【例1】用电炉烧水时，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接着铜导线却不怎 么热，这是为什么?
电炉的电阻丝和铜导线是串联在同一电路中的，所以通过的电流是相同的，时间也是相同的，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当两导体中电流和通电时 间均相同时，电流产生的热量与导体的电阻成正比.由于电炉的电阻丝的电阻比铜导线的电 阻大得多，所以电炉丝产生的热量比铜导线要大得多.
【例2】一台电动机正常工作时线圈两端的电压
为380V，线圈的电阻为2Ω ，通过线圈的电流
为10A.这台电动机正常工作时，一秒钟消耗的
电能为____J，产生的热量为___J.
3800
200
Q = I2Rt
=(0.6 A)2×60 W×300 s
= 6 480 J
一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量?
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。
解:
【例3】
有一电动机，它正常工作时的电阻为5Ω，电流为5A，正常工作的电压为220V，通电10min，电动机消耗的电能为多少？产生的热量为多少？有多少电能转化为机械能？
例题 4
解：消耗的电能：
W= UIt =220V×5A×600s=6.6×105J
电热Q = I2Rt =(5A)2×5Ω×600s=7.5×104J
转化为的机械能：E机=W－Q=6.6×105J －7.5×104J
=5.85×105J
电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。
(1)列举两个生活或者生产中利用电流热效应的实例
电热毯、电烙铁、电饭锅、电热孵化器等
(2)列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施
电脑主机有风扇散热;电视机上的散热窗、电动机外壳有许多散热片
在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是为什么？
根据公式P=I2R可知，在电流相等时，电阻越大，电功率越大。导线相互连接的位置接触电阻比较大，因而电能转化为热的功率也较大，造成此处比别处更容易发热，加速老化甚至引起火灾
答：
有三个用电器，其中一个为“220V，60W”的电风扇，一个为“220V，60W”的白炽灯，另一个是“220V，60W”的电热器，都在额定电压下工作相同的时间，比较这三个用电器产生的热量是 [ ]A.电风扇最多. B.白炽灯最多.C.电热器最多. D.都一样.
C
I额=P额/U额
=1000/220A
≈4.5A
例：规格为“220V，1000W”的电炉，求：
    1.电炉正常工作时，通过电阻丝的电流
2. 电炉的电阻
2.电炉的电阻：
R=U额2/P额
=2202/1000Ω
解：1.由P=UI知，电炉正常工作时：
=48.4Ω
例4．加在某台电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机线圈上消耗的热功率为（ ）
　 A．P 　 B．U2/r 　　
C．P2r/U2 D．P-P2r/U2
非纯电阻电路中计算电功率
只能用P=UI， 热功率只能用P热=I2R
所以 正确的是 （C）
如图9-3-5所示，a、b相同容器中分别装有相同质量的水，水中的电阻丝的阻值分别 为R1和R2，且R1＜R2，则闭分开关S后，a、b容器中水温上 升较快的是( )
A. a容器中的水
B. b容器中的水
C. a、b容器中的水温上升的快慢一样
D.无法判断
B
图9-3-5
把两个阻值为R1＝6Ω，R2＝9Ω的电阻串联在电路中，通电相同时间时，R1，R2上产生的热量之比Q1∶Q2＝ ，若并联在电路中，通电相同时间， R1，R2上产生的热量之比Q1∶Q2＝ ，
2:3
3:2