电流的热效应(导)学案

1.6电流的热效应
学习目标：
1.知道电流的热效应跟哪些因素有关．
2.学会用焦耳定律解决一些实际问题．
3.知道生活中应用焦耳定律的例子．
4.掌握节约电能的一些方法.
重点：知道电流的热效应跟哪些因素有关
难点：学会用焦耳定律解决一些实际问题
进行新课：
知识点1：电阻与电流的热效应
基础初探
填空：
1．焦耳定律
(1)电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比．
(2)公式：Q＝I2Rt.
(3)单位：焦耳，符号：J.
2．热功率：把电热器单位时间内消耗的电能叫做热功率．
P＝Q
t
＝I2R，单位：瓦，符号：W.
3．额定功率是指用电器正常工作时的功率，这时加在用电器两端的电压叫额定电压，通过用电器的电流叫额定电流．
4．能量转化
(1)电流通过电动机时，电能主要转化成机械能，只有一部分转化成内能，这时电功率大于热功率．
(2)电流通过白炽灯泡时，电能全部转化成内能，这时电功率等于热功率．
判断;
1．电流通过导体时产生热量叫电流的热效应．(√)
2．电热器的电阻越大，热功率一定越大．(×)
3．电流通过电风扇时，电能全部转化为机械能．(×)
思考题：
1．电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关？
【提示】电流通过电阻时产生的热量与电流的大小、电阻的大小及通电时间有关．2．安装在电路中的保险丝是根据什么原理设计的？它的作用是什么？
【提示】保险丝是根据电流的热效应制成的，当电路中电流过大时，因发热太多而熔化，从而使电路断开．
1．电热的探究
(1)思路：控制变量法．
(2)可能因素：电流、电阻、通电时间．
(3)方法
①电流、通电时间相同，探究电热与不同电阻的关系．
②电阻、时间相同，通入不同的电流，探究电热与电流的关系．
③电流、电阻相同，通电时间不同，探究电热与通电时间的关系．
2．对焦耳定律的理解
(1)焦耳定律是一个实验定律，它是经过大量实验总结出来的，不能认为是用电学公式推导出来的，它适用于所有电路中的发热计算．
(2)焦耳定律公式的理解：在电流和电阻相同时，热量与时间成正比；在电阻和时间相同时热量与电流的平方成正比；在电流和时间相同时热量与电阻成正比．如串联的
两个用电器由于电流是相等的，在时间相等的情况下，谁的电阻大谁发热多，不是电阻大的阻碍作用大而发热少．
例1．为了使电炉消耗的电功率减小到原来的一半，应采取下列哪些措施( ) A ．保持电阻不变，使电流减半 B ．保持电阻不变，使电压减半
C ．保持电炉两端电压不变，使其电阻减半
D ．使电压和电阻各减半
【解析】 电阻一定时，使电流减半，由P ＝I 2R 知，电功率减为原来的1/4，可见
A 项错；同理，使电压减半，由P ＝U 2
R
知，电功率也为原来的1/4，故B 项错；当电压不
变，电阻减半时，由P ＝U 2R 知，电功率变为原来的2倍，可见C 项错；由P ＝U 2
R
知，当U
和R 各减半时，电功率变为原来的1/2，可见D 项正确．
【答案】 D
例2．两导体的电阻之比R 1∶R 2＝1∶2，通过的电流之比I 1∶I 2＝2∶1，则它们的热功率之比为多少？
【解析】 根据P ＝I 2
R 得， P 1P 2＝I 21R 1
I 22R 2＝41×12＝2∶1. 【答案】 2∶1
知识点2：白 炽 灯
[先填空]
1．白炽灯的工作原理
利用电流的热效应，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发光． 2．内部环境
为了避免高温下金属丝迅速氧化折断，灯泡要抽成真空或充入惰性气体． [再判断]
1．日光灯是白炽灯．(×)
2．白炽灯泡的电功率越大，灯丝越粗．(√) [后思考]
1．白炽灯的发光效率为什么比较低？
【提示】 白炽灯发光时，大部分能量以热量的形式散发出去，只有少部分以可见光辐射，所以效率低．
2．正常工作的电动机是否只是发热？
【提示】 不是．正常工作的电动机消耗的电能大部分转化为机械能，小部分转化为内能．
1．在纯电阻电路中，如由白炽灯、电炉丝等构成的电路，电流做功将电能全部转
化为内能，此时有W ＝Q ，即IUt ＝I 2
Rt .显然U ＝IR ，则计算电功或电热时，可采用公式
W ＝Q ＝IUt ＝U 2t R
＝I 2
Rt ＝Pt 中的任一形式进行计算．
2．在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功将电能除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W >Q ，即IUt >I 2Rt .显然U >IR .因此在这
种情况下，电功W 只能用公式W ＝IUt 进行计算，电热Q 只能用公式Q ＝I 2
Rt 进行计算．
课堂练习
1．(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同的时间内( )
A ．电炉放热和电动机放热相等
B ．电炉两端电压大于电动机两端电压
C ．电炉两端电压等于电动机两端电压
D ．电动机消耗的功率大于电炉的功率
【解析】 由于电炉与电动机电阻相等，电流也相等，由Q ＝I 2Rt 得，相同时间内放热相等，A 项正确；由于电动机消耗的电能有一部分要对外做功，所以电动机消耗的功率大于电炉的功率，由P 机＝U 机I ，P 炉＝U 炉I 知，U 机I ＞U 炉I ，所以电动机两端的电压大于电炉两端的电压，因此B 、C 项错，D 项正确．
【答案】 AD 2．一台直流电动机的额定电压为U ，额定功率是P ，电动机内电枢导线的电阻为R ，那么它正常工作时的电流是( )
A ．等于U /R
B ．等于P /U
C ．大于U /R
D ．大于P /U
【解析】 由于电动机电路不是纯电阻电路则U >IR ，所以选项A 、C 不正确．电动机的额定功率P 是电动机正常工作时的输出功率P ＝IU ，所以I ＝P U
，故选项D 不正确，选项B 正确．
【答案】 B
3．(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ) A ．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B ．W ＝UIt 适用于任何电路，而W ＝I 2
Rt ＝U 2
R
t 只适用于纯电阻的电路
C ．在不是纯电阻的电路中，UI >I 2
R D ．焦耳热Q ＝I 2Rt 适用于任何电路
【解析】 电功率公式P ＝W
t
，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P
＝IU ，I ＝P U ，焦耳热Q ＝⎝ ⎛⎭
⎪⎫P U 2
Rt ，可见Q 与P 、U 、t 都有关，所以P 越大，Q 不一定越大，
A 不对；W ＝UIt 是电功的定义式，适用于任何电路，而I ＝U
R
只适用于纯电阻电路，则W
＝I 2
Rt ＝U 2R
t 也只适用于纯电阻电路，B 对；在不是纯电阻的电路中，电流做的功＝焦耳
热＋其他形式的能，所以
W >Q ，即UI >I 2R ，C 正确；Q ＝I 2Rt 是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D 正确．
【答案】 BCD
4．电炉通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉连接的铜导线却不那么热，这是因为( )
A ．通过铜导线的电流小，所以它消耗的电能也较少
B ．电炉丝和铜导线消耗的电能相同，但铜导线散热快，所以就不那么热
C ．通过电炉丝的电流大，所以它消耗的电能较多
D ．铜导线电阻较小，所以它消耗的电能较少
【解析】 电炉丝和铜导线是串联关系，故通过电炉丝的电流与通过铜导线的电流
大小相等，电炉丝和铜导线在电学性能上的差别在于：前者的电阻大，后者的电阻很小，根据电流通过电阻发热的公式Q＝I2Rt，在电流相同条件下，相同的时间内，电炉丝的发热量比铜导线上的发热量大得多．因此我们看到电炉通电后，电炉丝热得发红而与之相连的铜导线却不那么热．
【答案】 D。