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第十六章电流做功与电功率

素养目标课时16.4科学探究：电流的热效应

素养目标

物理观念

1.概念

电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能的现象。

2.规律

焦耳定律：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，通电时间成正比。

科学探究

在探究电流产生的热量与哪些因素有关时，运用控制变量法设计实验；实验中还运用了转换法，通过温度计上升的示数来显示电流产生热量的多少。

科学态度与责任

了解焦耳定律的发现过程，学会利跟用能量守恒的思想解决问题。

题型汇总：电流热效应的利用、探究电流产生的热量与哪些因素有关、电热的计算。

知识梳理

知识梳理

电流的热效应

1.电流的热效应:电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。

许多用电器接通电源后，都伴有热现象发生。

2.电流的热效应在生活中的应用

（1）电热毯就是利用电流的热效应制作的,通电后可以供人们取暖。

（2）电灯在工作时把电能转化为内能和光能，人们利用电灯来照明。

（3）电炉子在工作时把电能转化为内能，人们利用电炉子来烧水。

实验探究：电流产生的热量与什么因素有关

实验探究一：探究电流产生的热量与通电时间是否有关。

实验探究二：探究电流产生的热量与电流大小是否有关。

实验探究三：探究电流产生的热量与电阻大小是否有关。

结论：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越高，表明电阻越大，电流产生的热量越多。

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。为了纪念焦耳，这一规律又被称为焦耳定律。

2.公式：

3.单位：I——安，R——欧，t——秒，Q——焦。

1J=1A2?Ω?s。

理论推导：焦耳定律是焦耳在大量实验基础上归纳总结得出来的规律，还需要理论上的支持，我们能不能通过理论来推导出焦耳定律的数学表达式呢？

思考：电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热即：Q＝W

W=UIt，且U=IR∴Q=W=UIt=I2Rt∴

通过理论推导，同样得出了焦耳定律的数学表达式，达到理论和实践的完美的统一。

5.电流通过导体做功全部转化为内能时热量的计算方法：

考点突破（1）Q=W；（2）Q=UIt；（3）Q=Pt；（4）；（5）。

考点突破

考点一电流的热效应

下列用电器中，主要利用电流热效应工作的是(????)

A.收音机 B.电视机 C.电饭锅 D.电冰箱

【答案】C?

【解析】A.收音机利用电能转化为声能，故A不符合题意；

B.电视机主要是利用电能，将电能转化为光能，故B不符合题意；

C.电饭锅是将电能转化为内能，且利用产生的内能工作的，故C符合题意；

D.电冰箱通过压缩机制冷，而压缩机将电能转化为机械能，故D不符合题意。

例2.如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是(????)

A.左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大

B.该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系

C.该装置可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系

D.U形管中液面高度发生变化是因为形管中液体的热胀冷缩造成的

【答案】C?

【解析】解：A、容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，由焦耳定律可知，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，故A错误；

B、C、在装置中，容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻与右边容器中的电阻不同，所以实验是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系。只观察其中一个U形管液面高度差的变化，来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系，故B错误，C正确；

D、U形管中液面高度发生变化是因为透明容器中密封着等量空气的热胀冷缩造成的，故D错误。

考点二电流热效应简单计算

例3.如图所示电路中，电源电压为15V且保持不变，R1和R2为定值电阻，R1=10Ω闭合开关S1，断开开关S2，电流表示数I=0.3A求：

内电阻R1上产生的电热；

电阻R2的阻值；

开关S1、S2都闭合时，电路的总功率。

【答案】9J40Ω22.5W

【解析】解：闭合开关，断开开关，与串联，电流表测电路中的电流，

则内电阻上产生的电热：

；

闭合开关，断开开关，与串联，由可得，电路的总电阻：

，

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，

所以，电阻的阻值：

；

开关、都闭合时，电路为的简单电路，则电路的总功率：

．

答：