焦耳定理
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。
初中物理焦耳定律
初中物理焦耳定律说起焦耳定律，大家可能一开始会皱眉头，觉得这东西好像离我们很远，听上去又复杂又难懂，其实不然。
焦耳定律其实就是告诉我们一个简单的道理：电流通过导体时，电能会转化成热能。
你可能会想，哦，这不就是我们每天用的电器发热的原因吗？没错，就是这么回事。
其实你日常生活中，几乎每时每刻都能感受到焦耳定律的存在。
比如你家电热水器开开关关，水温越来越高，那个热水器的加热原理其实就遵循了焦耳定律。
电流通过加热器内的电阻，电能变成了热能，水温自然就上去了。
这个定律是怎么来的呢？话说焦耳定律的名字可不是随便来的，背后有一位英国科学家，名叫詹姆斯·焦耳。
早在19世纪，他就发现了电流通过导体时会发生热效应，这个发现改变了我们对电和热的认知。
你看，焦耳不愧是名副其实的“热能大师”，他让我们明白了电流不仅能做功，还能让周围的环境温度升高。
就像你用电饭煲煮饭时，电流通过电热管产生热量，把水煮开，饭也熟了。
搞清楚了这一点，你是不是突然觉得，这个世界的电器好像都变得更有趣了呢？说实话，焦耳定律的应用真的是太广泛了。
你有没有注意过，电风扇在转的时候，为什么总是会有一点点发热呢？原来，电风扇的电机也是在运行过程中，电流通过其中的电线，电能转化成了热能。
风扇本身设计得比较好，热量并不会让它变得烫手，但是只要有电流流过，多少都会有些热量产生。
也正是因为有了焦耳定律，我们才知道为什么这些电器用久了容易发热，甚至可能会损坏。
它们就像是忍不住的小火炉，悄悄地散发着热量，只是我们常常没怎么注意。
再来讲讲这个“热效应”有多么神奇。
有时候你会觉得，电线的表面似乎在发烫，或者在冬天的时候，电暖气开着总是会温暖整个房间。
这些现象都能用焦耳定律来解释。
电暖气就是通过电流加热金属丝，让它们发热，然后把热量传递到空气中，让你觉得暖洋洋的。
电流在这个过程中像个不辞辛劳的工人，不停地做着从电能到热能的转换工作。
甚至在更极端的情况下，这个热效应可能会导致电器的损坏。
《焦耳定律》课件
3
一一统统一一一一、、电电流流的的热热效效应应
一、电流的热效应：
电流通过导体时电能转化成 内能，这种现象叫做电流的热 效应。
想想议议
电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热 得发红，而导线却几乎不发热?
2023/1/12
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电流通过导体时产生热的多少与
哪些因素有关 ？ 电流的大小？ 电阻的大小 ？
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想一想，议一议：
1、为什么在炎热的夏天，电风扇、电视 机在连续使用较长时间后要停用一会儿？
为了散热，防止用电器因温度过高 而烧坏。
2、为什么在潮湿的天气，对长期不用的用 电器，隔一段时间要通电一次？
潮湿会降低绝缘性能，使电路工 作失常，所以对长期不用的用电器， 隔一段时间要通电，利用电热来趋潮。
例题3
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?
解:
I=
U R
=
36 60
V Ω
=
0.6
A
Q = I2Rt =(0.6 A)2×60 W×300 s
= 6 480 J
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。
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四、电热的利用和防止
课后作业
教材：102页动手动脑学物理 1、2、3、4、5、6
2023/1/12
适用于纯电阻电路
提示、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。
把电能只转化为热能
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 部分转发为热能的能量
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》课件
根据实验数据绘制图表，以电流为横坐标，以电压为纵坐标，以加热时间为底边，计算各组数据的斜率，并对结果进行分析。
步骤2
在电热丝放置一定质量的水，加热一段时间后，测量水温变化，并记录数据。
实验步骤及结果分析
04
焦耳定律的应用
温度控制
电热器的温度控制是一个重要的考虑因素。为了确保食物在不同温度下均匀受热，电热器的温度调节器需要精确控制电阻丝的加热功率。
导体：容易导电的物质，如金属和电解质溶液
03
焦耳定律的实验验证
实验目的
验证焦耳定律中电流的热效应与电阻的关系
学习使用简单的实验器材和设备
观察实验现象，加深对电流热效应的理解
了解实验数据的处理和分析方法
当电流通过导体时，导体会发热，这种现象称为电流的热效应。产生的热量与电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。
热传导
电烙铁通过烙铁头将热量传导到焊接点上，使元件与焊料熔化并连接在一起。
电烙铁
05
电阻的测量
测量原理
伏安法测电阻是基于欧姆定律的测量方法，通过测量电阻两端的电压和电流，计算出电阻值。
测量步骤
首先将电源、电阻、电流表和电压表按照正确的方法连接起来，然后接通电源，记录电流表和电压表的读数，最后根据欧姆定律计算电阻值。
注意事项
注意电源电压的稳定性，避免电流过大导致电阻过热，同时注意正确记录电流表的读数，避免误差。
06
安全用电常识
触电的危害
触电会造成严重的人身伤害，甚至死亡。
触电会对周围物体造成损坏，如引起火灾等。
触电会对家庭和企业的经济造成损失。
安全用电措施
使用合格的电器产品，不使用破损或老化的电器。
使用电器时要注意说明书，避免误操作。
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（℃）。
《焦耳定律》课件
焦耳定律的意义与价值
01
焦耳定律揭示了电能与热能之间的转换规律，为能源转换和利 用提供了理论基础。
02
它为工业生产中的电热转换提供了依据，如电烤箱、电炉等电
器的设计。
焦耳定律还为能源效率和能源管理提供了理论支持，有助于减
03
少能源浪费和提高能源利用效率。
02
焦耳定律的基本概念
焦耳的定义及单位换算
焦耳定律的表述
总结词
焦耳定律可以表述为：电流通过导体时，导体会发热，这种现象叫做焦耳热。
详细描述
焦耳定律是物理学中的一个重要定律，它表述了电流通过导体时产生的热量与电 流、电阻和时间的关系。具体来说，焦耳定律可以表示为Q=I^2Rt，其中Q表示 热量，I表示电流强度，R表示电阻，t表示时间。
焦耳定律的适用范围
结果解释
根据实验结果，解释焦耳定律的规律和特点，以及影响能量 转换效率的因素。同时，可以与理论预测进行比较，验证焦 耳定律的正确性。
05
焦耳定律的应用场景与实例
在日常生活中的应化为热能， 使水烧开。
电饭煲
利用焦耳定律烹饪食物，通过电能转化为热能， 使食物煮熟。
在调节电阻丝的阻值时，应注意不要过度调节，以免 损坏电阻丝。
04
焦耳定律的实验数据及分析
实验数据记录与整理
实验数据记录
在焦耳定律实验中，需要准确记录实验过程中的电流、电压、电阻等数据。 可以使用表格或图表形式进行记录，以便于后续分析。
数据整理
将实验数据整理成易于分析的表格或图表，包括电流、电压、电阻等测量值 的平均值、最大值、最小值等统计数据。
在工业革命之后，人们对电和热的研究越来越多，焦耳定律 的发现为解决能源转换问题提供了理论基础。
焦耳与焦耳定律
焦耳与焦耳定律
焦耳（Joule）是能量的国际标准单位，表示为J。
焦耳定律是指热量和功的转换定律，即能量守恒定律在热力学中的表述。
焦耳定律可以表述为以下几个方面：
1. 热量和功的等效性：焦耳定律表明热量（Q）和功（W）可以相互转换，单位焦耳表示为J，即1焦耳的热量等于1焦耳的功。
2. 热量的产生和消耗：焦耳定律告诉我们，当物体受到外界作用，发生温度变化时，会产生或消耗热量。
物体受到的外界作用形成的功，会转化为热量，从而引起温度的升高或降低。
3. 热机效率：焦耳定律还提供了热机效率的计算公式，即热机输出功与输入热量之比。
根据焦耳定律，热机无法将全部输入热量转化为功，一部分热量会以热量形式散失，因此热机效率始终小于1。
焦耳定律是热力学的基本原理之一，对于理解能量转化和守恒有着重要的意义。
它在实际应用中广泛应用于热力学问题的计算和工程设计中。
焦耳定律公式单位
焦耳定律公式单位
焦耳定律是热力学的一个基本定律，描述了电阻元件内部电
流通过时会产生热量的现象。
它的公式如下：
Q=I^2*R*t
其中，Q代表电阻元件产生的热量（单位为焦耳J），I代表电流（安培A），R代表电阻（欧姆Ω），t代表通过电阻的时间（秒s）。
根据公式可以看出，热量的大小与电流的平方、电阻的大小
以及通过时间的长短有关。
在单位方面，焦耳定律的公式中各
个量的单位是：
热量Q的单位是焦耳（J）。
电流I的单位是安培（A）。
电阻R的单位是欧姆（Ω）。
时间t的单位是秒（s）。
以上就是焦耳定律的公式以及各个量的单位。
焦耳定律在电
路和热学领域有广泛的应用，可以用来计算电阻元件的发热量，以及进行热量转换和能量计算等。
焦耳定律微观解释
焦耳定律微观解释
焦耳定律是热力学中的一个重要定律，它描述了能量转换的机制。
它的原始表述是：当热量Q传递给物体时，物体的内能增加ΔU，这
个增量与Q成正比，即ΔU=Q。
从微观角度来看，焦耳定律可以解释为：当物体吸收热量时，分子的热运动加强，分子速度增加，能量增加，因此内能也随之增加。
这个过程中，物体的温度上升，说明分子的热运动变得更加剧烈。
当物体释放热量时，分子的热运动减弱，分子速度减小，能量减少，因此内能也随之减少。
这个过程中，物体的温度下降，说明分子的热运动变得更加缓慢。
总之，焦耳定律描述了热量传递和内能变化的关系，是能量守恒定律在热力学中的具体应用。
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在电流和电阻相同时，通电时间 越长，电流产生的热量越多.
英国物理学家焦耳通过大量的实验 发现：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.我们称之为焦 耳定律。 用公式表示为：
【例题】一根60Ω的电阻丝接在36V的电源 上，在5min内共产生多少J热量？ 36V 解： 通过电阻丝的电流为： __ U I= = 60Ω=0.6A R 电流产生的热量为：
观察实验
焦耳（James Prescott Joule， 1818—1889），英国物理学家。用 近 40 年的时间做了 400 多次实验， 研究热和功的关系。通过大量的实 验，于 1840 年最先精确地确定了电 焦耳
流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。
二、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，跟导体的电阻成正
比，跟通电时间成正比。
2．公式：Q = I2Rt
3．单位：焦耳（J）
4.焦耳定理的应用:①电热的利用 ②电热的防止
2、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，跟导体的电阻成 正比，跟通电时间成正比。
（2）公式： Q = I ² R t （3）意义：热量 电流 电阻 时间 （4）单位： J A Ω S
2．电热的危害
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。 如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑 运行时要用微型风扇及时散热等等。
课堂小结
焦耳定律 的实验和 内容
电热的利 用和危害
热 的现象。 电能 转化成____ 1.电流的热效应是电流通过导体时_____ 热效应 制成的加热设备。 电热器是利用电流的_______ 2.“ 在研究电流产生的热量跟电流的关系”的实验中，应保持 _____、 _____ 一定，用___________ 电阻 通电时间 滑动变阻器 改变电阻丝的电流。 400 3.一根100Ω的电阻丝通过的电流是2A，它的电功率是___W
Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60J=6480J
一、电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫 做电流的热效应。
想想议议
电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热
得发红，而导线却几乎不发热? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?
演示实验
电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关?
若消耗的电能全部用来产生热量
即 Q=W 又∵ W＝UIt U=IR
∴Q=W=UIt=I2Rt
三、电能和电热关系
1．当电流通过导体时，如果电能全部转化为 内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电 流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即
Q = W = UIt = I2Rt 如：电暖器，电饭锅，电炉子等。 2．当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电 机的机械能： 电能 内能+机械能
第十八章 第４节
焦耳定律
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产 生。请举例说明。
电流通过导体时，导体会发热
电流的热效应：
电流通过导体时，导体会发热，这 种现象叫做电流的热效应。
电流的热效应与哪些因素有关 ？
电流的大小 ？
电阻的大小 ？
通电时间的长短 ？
在电流和时间相同时，电阻越大， 电流产生的热量越多. 在电阻和时间相同时，电流越大， 电流产生的热量越多.
实验装置
实验1：研究电热与电阻关系
R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω
A
在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻 越大，这个电阻产生的热量越多。
实验2：研究电热与电流关系
R=5Ω R=5Ω I1 R=5Ω I = 2I1
I A
在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过 一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越 多。
Q = I2Rt
=(0.6 A)2×60 W×300 s = 6 480 J
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。
想想议议
额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越 小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是 按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量
越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事?
答：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内
产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，
电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件
是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式
时应该特别注意条件。
四、电热的利用和防止
1．电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡
用来加热
电热器的优点: 清洁卫 生，没有环境污染，热效率 高，还可以方便地控制和调 节温度。
W＞Q热
（一）、电热的利用：通过用电器把电能转化成热能
①电热器原理：利用电流的热效应制成的加热 设备。 ②电热器主要组成部分是发热体：由电阻率大， 熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成。 ③生活中的应用：电热孵化器、电炉、 电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烘箱 … （二）、电热的防止：
①想办法减少产生的热量：如电风扇、电视机 等使用一段时间要停用一会儿。 ②设法散热：如投影仪、计算机里都装有风扇、 散热窗，电动机机壳上的条形凸起
24000 。 通电1min时产生的热量是_______J
2:3 。 4.电阻R1、R2串联在电路中，R1=4，R2=6，则P1:P2=_____ Q1:Q2=______ 2:3 。
例题
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? 解:
U 36 V I= = = 0.6 A R 60 Ω