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第3章 能量的轉化與守恒
第6節 電能
第4課時 常用電熱器
一、電流的熱效應
1.電流的熱效應
在生活中，常常需要用電產生熱來為我們服務，你知道哪些用電器是利用電熱來工作的？
電取暖器
電熱水器
電飯煲
使用這些用電器時，電能會轉化為內能。
電流通過各種導體時，會使導體的溫度升高，這種現象叫做電流的熱效應。
電熱器
（1）概念：
電能轉化為內能的過程
各種各樣的電熱器都是利用電流的熱效應工作的。
（2）實質：
（3）應用：
思考與討論
（1）電流的熱效應有什么利和弊？
優點：無污染、熱效率高、方便控制和調節溫度。
缺點：①長期的電流熱效應會加速家用電器導線外的絕緣層老化，甚至會使絕緣層燒毀而引發火災；
②電流熱效應會影響家用電器的使用性能和壽命。
2.電熱的利與弊
（2）為了防止電熱的危害可以采取哪些措施？
思考與討論
防止措施：加裝散熱系統(如散熱扇)或為了更好地散熱而特別設計某些結構(如散熱孔)。
二、電熱的影響因素
給電爐通電一段時間后，電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱。
電流通過導體時產生熱的多少可能跟哪些因素有關
思考：
導體的電阻
導體中的電流
通電時間
可能影響電熱的因素——
猜想：
實驗中如何巧妙地反映出電流通過導體產生熱量的多少？
思考與討論
（1）用水吸收產生的電熱，測量水升高的溫度。
（2）根據熱脹冷縮原理，比較液體吸熱后膨脹的體積。
實驗方法——
控制變量法、轉換法
（3）密閉容器里的氣體吸收熱量后溫度升高，壓強增大，比較氣體吸熱前后的壓強變化。
實驗裝置
相同的容器內密閉質量和初溫都相同的空氣，實驗開始前玻璃管中的液面相平。
控制電流大小和通電時間相同，電阻不同；觀察玻璃管中液面的高度。
實驗1：研究電熱與電阻關系
在電流和通電時間相同的情況下，導體電阻越大，導體產生的熱量越多。
現象：
結論：
實驗2：研究電熱與電流關系
控制電阻和通電時間相同，電流大小不同；觀察玻璃管中液面的高度。
在電阻和通電時間相同的情況下，通過導體的電流越大，導體產生的熱量越多。
現象：
結論：
電熱與通電時間的關系
實驗1和實驗2中，隨著通電時間的增加，與同一容器相連的玻璃管內的液面逐漸上升，說明在電流大小和電阻相同時，通電時間越長，導體產生的熱量越多。
導體產生的熱量的多少與電阻、電流大小和通電時間有關。
電阻越大，電流越大，通電時間越長，導體產生的熱量就越多。
實驗結論：
給電爐通電一段時間后，電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱。
電爐絲與導線串聯，通過它們的電流I相等，通電時間t相等，由于R電爐絲＞R導線，電爐絲產生的熱量比導線產生的熱量多。
三、焦耳定律
1.焦耳定律的內容
電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。
這個規律叫做焦耳定律，它是由英國科學家焦耳最先發現的。
焦耳（1818—1889年）是英國科學家。他用近 40 年的時間做了400多次實驗，研究熱和功的關系。通過大量的實驗，于1840年最先精確地確定了電流產生的熱量與電流、電阻和通電時間的關系。
焦耳
2.焦耳定律的公式
Q=I2Rt
單位：Q—焦，I—安，R—歐，t—秒
1 J=1 A2 Ω s。
（1）當電流通過導體時，如果電能全部轉化為內能，而沒有同時轉化成其他形式的能量，那么電流產生的熱量 Q 就等于消耗的電能W，即 Q = W=UIt = I2Rt。　　
3.電能和電熱的關系
純電阻用電器計算電熱：
（2）對于非純電阻用電器，消耗的電能只有一部分轉化為內能，所以 Q ＜W 。如電流通過電動機做功時，大部分電能轉化為機械能，僅有少量電能轉化為內能，計算電熱必須使用焦耳定律公式 Q =I2Rt ；計算電功必須使用公式 W =Pt=UIt ；轉化的機械能 E=W -Q。
非純電阻用電器計算電熱：
Q =I2Rt
非純電阻用電器計算電能：
W =Pt=UIt
4.焦耳定律的應用
例 1：一根阻值為60Ω的電阻絲接在電壓為36V的電源兩端，該電阻絲在5min內共產生多少熱量
Q = I2Rt =(0.6A)2×60Ω×5×60s =6480J
解:
電路中的電流：
I =　 =　　　= 0.6A
U
R
36 V
60 Ω
該電阻絲在5min內產生的熱量：
例 2：小明的媽媽為奶奶買了一個電熱足浴盆，內部由加熱系統和按摩系統兩部分組成。加熱系統的加熱電阻額定電壓為220V，額定功率為605W，已知c水=4.2×103J/(kg·℃)。
(1)小明幫奶奶泡腳時，向足浴盆中加入6 kg初溫為20℃的水，加熱系統的加熱電阻正常工作15min將水加熱到40℃，水吸收的熱量是多少 消耗的電能是多少？
(2)當小明家的實際電壓是200V時，加熱電阻工作的實際功率是多少？
解： (1)水吸收的熱量
Q吸＝c水m(t－t0)
＝4.2×103J/(kg·℃)×6kg×(40℃-20℃)
＝5.04×105J
加熱時間 t′＝15min＝900s，
足浴盆加熱時消耗的電能
W＝P額t′＝605W×900 s ＝5.445×105J。
(2)由 得，
加熱電阻的阻值
當小明家的實際電壓是200V時，
加熱電阻工作的實際功率
一、電流的熱效應
1.電流的熱效應
概念、實質和應用
2.電熱的利與弊
二、電熱的影響因素
電阻越大，電流越大，通電時間越長，導體產生的電熱就越多。
三、焦耳定律
1.內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。
2.公式 Q=I2Rt
3.電能與電熱的關系
（1）純電阻用電器
（2）非純電阻用電器 Q ＜W， W =Pt=UIt ， Q=I2Rt
4.焦耳定律的應用
1.下列用電器工作時主要將電能轉化為內能的是 （ ）
A.收音機
B.電熨斗
C.電風扇
D.洗衣機
B
2.電流通過電熱絲產生的熱量多少（ ）
A.只跟電流大小有關
B.只跟電阻大小有關
C.只跟通電時間有關
D.跟電流、電阻、通電時間都有關
D
3.某同學為探究電流通過導體產生熱量的多少跟電阻的關系，設計了下列電路圖，其中正確的是（ ）
B
4.甲、乙兩電爐并聯在同一電源上，各有開關控制，甲爐電阻是乙爐的4倍，要兩電爐產生同樣多的熱量，則應（ ）
A.甲通電時間是乙的4倍
B.乙通電時間是甲的4倍
C.甲、乙通電時間一樣長
D.不知道額定電壓無法比較
A
5.通過一根電阻絲的電流為2A，通電1min產生了2.64×104J的熱量，它的電阻是（ ）
A.66Ω
B.6600Ω
C.110Ω
D.220Ω
C

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