焦耳定律
焦耳定律推导
焦耳定律推导电在我们的生活中无处不在，从为我们照明的灯泡到驱动各种电子设备的电源，电的应用广泛而多样。
在电学中，有一个非常重要的定律——焦耳定律，它描述了电能转化为热能的规律。
接下来，让我们一步步来推导焦耳定律。
首先，我们要了解一些基本的电学概念。
电流（I）是指电荷在导体中的定向移动，单位是安培（A）。
电压（U），也称为电势差，是驱使电荷定向移动形成电流的原因，单位是伏特（V）。
电阻（R）则是导体对电流的阻碍作用，单位是欧姆（Ω）。
当电流通过电阻时，电能会被转化为热能，这就是我们通常所说的电流的热效应。
为了推导焦耳定律，我们先从一个简单的电路模型开始。
假设我们有一个电阻为R 的导体，通过它的电流为I，在时间t 内，电流通过电阻。
根据电流的定义，电流 I 等于单位时间内通过导体横截面的电荷量Q 与时间 t 的比值，即 I ＝ Q ／ t 。
而电荷量 Q 与电压 U 之间存在关系 Q ＝ U ／ R （这是根据欧姆定律得出的）。
将 Q ＝ U ／ R 代入 I ＝ Q ／ t 中，得到 I ＝ U ／（Rt) ，变形可得U ＝ IR 。
在这段时间 t 内，电流所做的功 W 等于电压 U 与电荷量 Q 的乘积，即 W ＝ UQ 。
由于 Q ＝ It ，所以 W ＝ UIt 。
又因为 U ＝ IR ，所以 W ＝ I²Rt 。
电流所做的功 W 全部转化为热能，所以产生的热量 Q 就等于电流所做的功 W 。
即 Q ＝ I²Rt ，这就是焦耳定律的表达式。
它表明，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。
为了更深入地理解焦耳定律，我们来看几个实际的例子。
假设我们有一个电阻为10 欧姆的电烙铁，通过它的电流为2 安培，通电时间为 5 分钟（300 秒）。
根据焦耳定律 Q ＝ I²Rt ，可得产生的热量为：Q ＝ 2² × 10 × 300 ＝ 12000 焦耳再比如，有一个电阻为 5 欧姆的电阻丝，通过的电流为 3 安培，通电 10 秒钟。
焦耳定律公式,焦耳定律公式单位
焦耳定律公式,焦耳定律公式单位
介绍一下焦耳定律定义和基本计算公式。
注意问题电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能，这时有Q=W(在纯电阻电路中)。
电热器和白炽电灯属于上述情况。
在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。
在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。
电热器：利用电流的热效应来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤问题时，例如要计算电流通过某一电路时放出热量;比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律。
从焦耳定律公式可知，电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。
若电流做的功全部用来产生热量。
即W=UIt。
根据欧姆定律，有W=I2Rt。
需要说明的是W=U2/Rt和W=I2Rt不是焦耳定律，它们是从欧姆定律推导出来的，只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立(纯电阻电路)。
例如对电炉、电烙铁这类用电器，这两公式和焦耳定律才是等效的。
使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应关系相同。
当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。
注意：W=UIt=Pt适用于所有电路，而W=I2Rt=U2/Rt只用于纯电阻电路(全部用于发热)。
物理焦耳公式
物理焦耳公式
焦耳是能量单位，用于描述能量的大小。
在物理学中，焦耳公式是一个用于计算能量转换和热量转移的公式。
具体来说，焦耳公式可以表示为：Q = I²Rt。
其中，Q表示热量（焦耳），I 表示电流（安培），R表示电阻（欧姆），t表示时间（秒）。
这个公式是用于计算在电阻元件中，由于电流流过而产生的热量。
这是因为在电能转换为热能的过程中，电流会通过电阻元件，导致元件温度升高，从而产生热量。
此外，还有其他焦耳定律公式：Q = W = Pt，其中，Q表示热量（焦耳），W 表示电功（焦耳），P表示功率（瓦特），t表示时间（秒）。
这个公式是用于计算在纯电阻电路中，由于电能转换为热能而产生的热量。
它也可以用于计算在非纯电阻电路中，由于电流做功而产生的热量。
需要注意的是，焦耳定律仅适用于纯电阻电路，即电路中只有电阻元件而没有电容、电感等非电阻元件的电路。
对于非纯电阻电路，焦耳定律不成立，因为非电阻元件的存在会影响电路中的电流和电压，从而影响热量的产生和转移。
焦耳定律
内能 Q
非纯电阻电路:
=
＞
I2Rt
M
U I R
内能+其它形式的能 Q + E其他 2Rt I
W UIt
U I R
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2 2． 关于计算电功率的三个公式 P＝UI、 P＝I R、 2 U P＝ R 的适用范围，以下说法中正确的是( ) A．这三个公式的适用范围相同 B．第一个公式普遍适用，后两个公式只适用 于纯电阻电路 C．第一个公式适用于无电阻的电路，后两个 公式只适用于有电阻的电路 D．三个公式的适用范围与电路串、并联的方 式无关
为什么呢？
1、焦耳定律
①内容：电流通过导体产
生的热量跟电流的二次 方成正比，跟导体的电
（焦耳）
阻成正比，跟通电时间
成正比。
②公式：Q = I2 Rt
1、焦耳定律 Q = I2 Rt 2、热功率 ①定义：单位时间内放出的热量
Q 2 ② 表达式： P I R t
纯电阻电路:
欧姆定律
电能
W
UIt 电能
在研究微型电动机的性能时，可采 用如图所示的实验电路．当调节滑动变 阻器R，使电动机停止转动时，电流表 和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V； 重新调节R，使电动机恢复正常运转时， 电流表和电压表的示数分别为2.0 A和 15.0 V．求这台电动机正常运转时的输 出功率和电动机的线圈电阻．
【思路点拨】
W UIt P UI t t
表示电流做功的快慢 ③物理意义： ④单位： 瓦（w）1w=1J/s
⑤额定功率：用电器正常工作时所需 的电压叫额定电压，在这个电压下 消耗的功率叫额定功率。 实际功率：用电器实际工作时消耗的 电功率。
焦耳定律
二、焦耳定律
1． 电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程．究竟电能会转 ． 电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程．
化为哪种形式的能，要看电路的哪种类型的元件 化为哪种形式的能， 电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能； 电动机把电能转化为机械能；电解槽把电能转化为化学能；电热器把 电能转化为热能． 电能转化为热能． 电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时，电能转化导体的内能。 电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时，电能转化导体的内能。
例4．有一内电阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V,60 W”的 灯 泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯 C 泡正常发光，则( )
A．电解槽消耗的电功率为120 W C．电解槽消耗的电功率为60 W B．电解槽的发热功率为60 W D．电路消耗的总功率为60 W
例5、如图所示，电路两端电压U保持不变，变阻器R的全阻值与 R2的阻值均为20欧，电阻R1阻值为5欧，当滑动变阻器R的 滑片由a向b滑动的过程中（ ABCD ) A、干路中的电流不断增大 B、R1上消耗的电功率不断增大 C、电灯的亮度变亮 R a b D、R2上消耗的电功率不断减小
5、焦耳定律
一、电功和电功率
如图一段电路两端的电压为U，通过的电 如图一段电路两端的电压为 ， 流为I，在时间t内通过这段电路任一横截 流为Байду номын сангаас，在时间 内通过这段电路任一横截 的电荷量 q= It． 则电场力做功 W = qU 即： W=U It
1．电功：在一段电路中电场力所做的功，也就 ．电功：在一段电路中电场力所做的功， 是通常所说的电流所做的功，简称为电功． 是通常所说的电流所做的功，简称为电功．
1kW＝103W＝106mW=10-3MW ＝ ＝
焦耳定律在物理学中的应用
焦耳定律在物理学中的应用焦耳定律是物理学中一个非常基础的定律，其描述了电流通过电阻时会被转化为热量的过程。
这个定律可以用来计算电器元件的能量损耗和发热，并且在很多实际应用中都有重要的作用。
1. 焦耳定律的基本概念焦耳定律又称为热效应定律，它描述了电流通过电阻时会被转化为热量的过程。
根据焦耳定律，电流的强度和电阻的大小决定着热量的产生速率。
具体来说，当电流I通过一个电阻为R的电器元件时，其产生的热量Q等于电流的平方乘以电阻和时间的乘积，即：Q = I²Rt其中，Q表示热量的单位焦耳（J），I表示电流的单位安培（A），R表示电阻的单位欧姆（Ω），t表示时间的单位秒（s）。
2. 焦耳定律的应用焦耳定律在物理学中有广泛的应用，下面我们来看一些实际的例子。
2.1 电路中的能量损耗在一个电路中，由于电器元件的电阻存在，电流流过时会产生能量的损耗。
根据焦耳定律，电器元件所产生的热量是与电流的平方成正比的，因此在大电流通过时会产生更多的热。
这个现象被广泛应用于电路中的保险丝设计，在过流时自动切断电路以避免电器损坏。
2.2 电池的放电当一个电池放电时，电流通过电路产生了一定的热量。
这个热量可以用焦耳定律来计算，同时也可以帮助我们设计和优化电池的工作参数，如放电时间、输出功率等。
2.3 电器元件的发热电器元件在工作时也会产生热量，这个热量可以用焦耳定律来计算。
例如，炉具、加热管等家用电器都是利用电器元件发热以完成加热的过程。
2.4 电器元件的散热由于电器元件产生的热量必须散发出去，因此散热设计是电器元件设计中非常重要的一环。
根据焦耳定律，电流的大小和电阻的大小决定了电器元件的热量产生速率，而散热的效果则决定了热量散发速率。
因此，针对不同的电器元件，需要设计相应的散热方案和具体的散热器。
3. 结论总之，焦耳定律在物理学中的应用非常广泛，其可以用于计算电器元件的能量损耗和发热、优化电池工作参数、设计散热方案等。
焦耳定律的定义-定义说明解析
焦耳定律的定义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述焦耳定律是描述能量转换和热量传递的物理定律，由19世纪德国物理学家焦耳提出。
焦耳定律的核心概念是热量和功的等价性，即单位能量在不同形式之间的转换是可测量的，并且总能量守恒。
通过焦耳定律，我们可以理解热能是如何转化为功的，以及如何在不同对象之间传递热量。
这一定律在热力学领域具有重要的应用价值，可以帮助我们优化能源利用，提高能量转化效率。
本文将深入介绍焦耳定律的起源、内容和应用，希望读者通过本文的阐述能对焦耳定律有更深入的了解，并认识到焦耳定律在科学研究和实践中的重要性。
1.2 文章结构：本文将分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对焦耳定律进行概述，介绍文章的结构和目的。
在正文部分，将详细探讨焦耳定律的起源、内容和应用，通过对其原理和实际应用的分析来说明其重要性。
最后在结论部分，将对文章的主要内容进行总结，强调焦耳定律在能量转化中的重要性，并展望未来对焦耳定律的更深入研究和应用前景。
整体结构清晰，层次分明，让读者能够更好地了解焦耳定律的定义及其意义。
1.3 目的本文的目的主要是介绍和解释焦耳定律的定义。
通过对焦耳定律的起源、内容和应用进行详细阐述，旨在帮助读者更深入地理解这一物理定律的重要性和实用性。
同时，通过对焦耳定律的展望，展示其在未来的发展前景和可能的应用领域。
通过本文的阐述，读者将能够更好地理解焦耳定律，并认识到其在物理学和工程领域中的重要性，从而为相关领域的学习和研究提供参考和启发。
2.正文2.1 焦耳定律的起源焦耳定律，也被称为焦耳－汤姆逊定律，最早由英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳在19世纪提出。
焦耳是热学的先驱之一，他对能量转化和热力学定律做出了重要贡献。
焦耳定律的起源可以追溯到焦耳在进行实验研究时的一次重要发现。
他发现了一个关键的现象，即机械能可以转化为热能，反之亦然。
这一发现奠定了能量守恒定律的基础，即能量不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式。
焦耳定律的定义
焦耳定律的定义全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：焦耳定律是物理学中的一个重要定律，它描述了热量和功的关系，也被称为能量守恒定律。
该定律是19世纪初由英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳发现并首次提出。
焦耳定律的表达式如下：当一定量的能量转化为热量时，转化的热量与能量的转化程度成正比。
即热量Q等于能量E乘以比例常数J，即Q=JE。
其中J即焦耳定律中的焦耳系数，也被称为热学等效。
焦耳系数是一个物体本身的属性，取决于物体的质量、材料特性等因素。
焦耳定律的实际应用非常广泛，特别在工程和工业领域中。
比如在热力学和热工程中，焦耳定律被用来分析热量的传递和转化过程，以实现能量的高效利用。
在动力学和机械工程中，焦耳定律也被用来计算机械能转化的热量损失。
焦耳定律还可以帮助我们理解一些日常生活中的现象。
比如烧水加热的过程中，焦耳定律可以帮助我们计算热量的转化过程，从而控制加热的时间和能量消耗。
又如温室效应和全球变暖中，焦耳定律可以帮助我们分析地球表面的热量平衡，从而深入理解气候变化的原因和机制。
焦耳定律是研究能量转化和热力学过程的基础定律，具有重要的理论和实际意义。
掌握焦耳定律可以帮助我们更好地理解能量转化和热量传递的规律，促进热工学和热力学领域的发展。
随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展，焦耳定律将继续在各个领域发挥重要作用，为人类生活和科学研究提供更多的有益帮助。
第二篇示例：焦耳定律是物理学中一个重要的定律，也被称为热力学第一定律，它表明了能量守恒的原理。
焦耳定律是19世纪英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特（James Prescott Joule）发现的，他通过实验验证了能量不会凭空消失或增加，只会在物质之间传递和转化的观点。
焦耳定律的简单形式可以用以下的公式表示：\[ Q = mc\Delta T \]Q是传递的热量，单位是焦耳（J）；m是物质的质量，单位是千克（kg）；c是物质的比热容，单位是焦耳/千克·摄氏度（J/kg·℃）；ΔT是温度的变化，单位是摄氏度（℃）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
焦耳定律
【教学目标】
（一）知识与技能
1、知道电流的热效应。
2、在观察实验的基础上引出焦耳定律。
（二）过程与方法
理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用
（三）情感态度价值观
增强动手观察能力，激发学生学习物理知识，认识物理与技术联系的兴趣。
【教学重点】
理解焦耳定律并会应用
【教学难点】
电流做功和电热的区别和联系
【课前准备】
自制电热效应演示器，焦耳定律演示器、学生电源、开关、导线、小灯泡；多媒体课件。
【教学时间】1课时
【教学过程】
（一）引入新课
1．引入新课问：
（l）灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡，有什么感觉？为什么？
（2）电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？为什么？学生回答：发烫。
是电流的热效应。
再通过课本图1，引入新课。
板书课题：18.4焦耳定律
（二）进行新课
1、电流的热效应
实验：出示自制的电流热效应演示器（电阻丝），在电阻丝内放一根火柴，然后接入学生电源两极，由一名学生拿着导线，火柴很快点燃。
师：这是电流的什么效应？
生：热效应
师：电流通过任何导体都要发热，这是电流的热效应。
为了更好地利用电流效应为我们服务，人们就要研究通电导体产生热量（即电热）与哪些因素有关，今天我们学习研究这个问题，即焦耳定律。
2、焦耳定律
①介绍如图1的实验装置，告诉学生RA＞RB，RB=RC，通电后，IA=IB，IB＜IC（从电流
表的示数可知道I的数值）。
②问：该实验的目的是什么？（研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关）
③问：该实验的原理是什么？观察什么？向学生讲述：当电流通过电阻丝A、B、C时，电流产生的热量就使三个瓶中的煤油温度升高、体积膨胀，瓶塞上面原来一样高的液柱就会逐渐上升。
电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。
我们可以通过三个管中液面上升的高度比较电流产生的热量。
④教师演示实验，记录下在同一时刻三管中煤油液面的高低情况：hC>hA>hB。
⑤师生共同归纳，教师指出，英国物理学家焦耳通过大量的实验，总结出焦耳定律。
①内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
②公式：Q=I2Rt
指出：焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电
例题：
例2：某导体的电阻是2欧。
当1安的电流通过时，l分钟产生的热量是多少焦？
例3：一只“220V45W”的电烙铁，在额定电压下使用，每分钟产生的热量是多少？你能用几种方法解此题？
3、电热的利用和防止
讨论：（先由学生说，然后在教师的引导下进行归纳）
①课文前面“？”中的为什么“觉察不出和灯相连的电线发热”。
分析：因为电线和灯串联，通过它们的电流是一样大，又因为灯的电阻比电线的大得多，所以根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同时间内电流通过灯产生的热量比通过电线产生的热量大得多。
因此，灯泡热量发光，而电线却感觉不到热。
②课文前面“？”中的和电炉相连的电线为什么显著发热？
分析：照明电路的电压是一定的，由P=UI可知，电路中接入大功率电炉时，通过的电流大，在电线的电阻相同的情况下，跟电炉相连的电线中通过的电流比跟灯泡相连的电线中通过的电流大得多。
所以根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同的时间内，电流通过跟电炉相连的电线产生的热量比通过跟灯泡相连的电线产生的热量大得多。
因此跟电炉相连的电线显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。
③讨论课本本节中的“想想议议”，让学生自己说。
讨论小结：应用公式解释判断问题时，必须注意条件。
（三）学习小结
1、焦耳定律内容、公式、单位
2、公式的适用范围
3、焦耳定律的简单应用
（四）课堂练习
1、标有“220V 40W”电热器安装在220V的电路中，工作100s后，所消耗的电能是J，通过电热器的电流是A，产生的热量是J。
2、下列电器中，不属于电热器的是（）
A．电饭锅B.电熨斗C.电风扇D.电烤炉
3\家庭电路使用的电炉，电炉丝与导线是串联的，当电炉丝发热发红时，连接导线却不热，
这是因为（）
A.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流大
B.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流小
C.电炉丝两端电压比连接导线两端电压小
D.电炉丝的电阻比两节导线的电阻大
4、下列情况中防止电热危害的是（）
A.电视机背后有散热窗
B.家电长时期不使用，隔一段时间要通电一次
C.家庭电路一般安装的漏电保护器
D.大型爆破工程用电热引发炸药
5、小宇同学按如图所示的装置，研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系”。
图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温度，两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，铜丝的电阻比镍铬合金丝的电阻小。
①闭合开关后，通过两段金属丝中的电流是的。
②一段时间后，可观察到A瓶中温度计的示数（填“大于”、“小于”或“等于”）B瓶中的温度计的示数。
③由上述实验可知，在电流和通电时间都相同时，导体电阻越大，产生的热量。
四、拓展延伸
6、某导体的电阻是2欧姆，通过2A的电流时，1分钟产生多少焦耳的热量？
7、一只额定功率是450W的电饭锅，在220V的额定电压下使用，每分钟产生多少焦耳的热量？
8.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210欧姆，它的额定功率是多大？在额定电压下通电10分钟产生多少热量？
（五）布置作业
动手动脑学物理1～4题
（六）板书设计
第四节焦耳定律
一、电流的热效应
二、焦耳定律：
内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，跟导全的电阻成正比，与通电时间成正比。
公式：Q= I2Rt
单位：1焦=1安2·欧·秒
2、由电功公式和欧姆定律推导焦耳定律
Q= I2Rt （适用于任何电路）
Q=W==UIt=pt=U2t/R （适用于纯电阻电路）
三、电热的利用和防止
【教学反思】。