15.4.1 電流的熱效應1.敘述什么是電流的熱效應及電熱現象的實質,敘述焦耳定律.2.經歷分析論證電熱現象跟導體電阻之間關系的過程,體驗科學思維方法.3.重點:體會電流熱效應與電阻的關系,經歷電熱的應用.4.能從利弊兩個方面認識電熱現象,體驗辯證的思想觀點分析問題.一、通電導體產生的熱量跟哪些因素有關1.事實表明,電流通過導體時,導體總是會發(fā)熱的,物理學中把這種現象叫做電流的熱效應.說明電流在工作過程中消耗的電能轉化成內能. 2.課本活動1中, A、B兩個燒瓶中盛有等量的煤油.溫度計測量煤油的溫度.若A中的金屬是銅絲,則電阻R較小,若B中金屬絲是鎳鉻合金絲,則電阻R比較大,A、B兩個電阻絲串聯在電源上,這樣做的目的是使通過它們的電流相等.通電一定時間后,比較兩瓶中煤油溫度的變化量,若B瓶中煤油溫度變化量tB大,說明了在電流、通電時間相等的情況下,電阻越大,產生的熱量越多.實驗中采用了控制變量法,相等的量有電流、時間,變化的量有電阻.實驗中將電阻絲放熱多少的問題,轉換為煤油溫度變化量大小的問題,這種研究方法叫做轉換法. 3.通電導體產生的熱量跟導體的電阻通過導體中的電流以及通電時間有關. 二、焦耳定律4.英國物理學家焦耳總結出電流通過導體產生的熱量,跟電流的平方成正比、跟導體的電阻成正比、跟通電時間成正比. 5.用公式表示:Q=I2Rt. 公式中各物理量的意義和單位:I表示電流,單位A;R表示電阻,單位;t表示時間,單位s;Q表示熱量,單位J. 6.某導體的電阻是2 ,通過2 A的電流時,1 min產生多少焦耳的熱量?解:Q=I2Rt=(2 A)2×2 ×60 s=480 J.7.利用Q=I2Rt理論推導解釋“電爐工作時,電爐絲熱的發(fā)紅,而和它串聯的導體卻幾乎不發(fā)熱”這一現象.答案電爐內的電爐絲與外部的導線是串聯的,通過它們的電流相等,但是導線的電阻遠小于電爐絲的電阻,故根據焦耳定律Q=I2Rt可知,在電流、通電時間相同的情況下,電阻越大產生的熱量越多,故導線產生的熱量遠小于電爐絲產生的熱量.三、電流熱效應的應用與控制8.列舉現實生活生產中電熱的利用與防止的事例.答案(1)電熱器是利用電流的熱效應制成的加熱設備,如:電熱水器、電爐、電熱毯等.(2)電熱的防止:在用電器上開散熱窗、加散熱片、安裝電風扇,都是為了散熱.9.據報道:近年來有許多重大火災都是因線路連接處接觸不良造成的,教訓十分深刻.當線路連接處接觸不良時,該處的電阻將增大,造成局部過熱,接觸處的電阻又將隨著溫度的升高而增大,從而形成電熱的逐步積累,以致引發(fā)火災.(均選填“增大”、“減小”或“不變”) 1.電流的熱效應我們不方便比較,但是可以通過溫度或熱脹冷縮來直觀的比較熱效應的強弱.提出問題:通過導體產生的熱量多少與什么因素有關? 猜想假設:可能與導體的電阻、電流以及通電時間有關. 2.用什么器材去測量本實驗中的物理量?實驗中要觀察什么?答案溫度計.溫度計升高的示數,電流產生的熱量越多,溫度計示數升高得越高.3.用同種材料制成兩段長度相等、橫截面積不同的圓柱形導體,甲比乙的橫截面積大,如圖所示.將它們串聯在電路中,通電一段時間后,比較甲、乙兩導體升高的溫度,下列說法中正確的是(B)A.甲導體產生的熱量多B.乙導體產生的熱量多C.甲、乙兩導體產生的熱量相同 D.條件不足,無法判斷4.焦耳定律公式的運用:(1)某導體的電阻是2 ,通過2 A的電流時,10 s產生多少熱量?解:Q=I2Rt=(2A)2×2 ×10 s=80 J.(2)某導體的電阻是1 ,通過200 mA的電流時,多少min產生熱量24 J? 解:Q=I2Rt得:t=600 s=10 min.(3)某導體的電阻是1 ,通過多少 mA的電流時, 5 min能產生12 J的熱量? 解:由Q=I2Rt得:I=0.2 A=200 mA.5.電熱器是利用電來加熱的設備,你認為電熱器的主要工作部分是什么?它的特點是什么?電熱器有哪些優(yōu)點?答案電熱器的主要工作部分是發(fā)熱體,它是用電阻大、熔點高的金屬電阻線繞在絕緣材料上制成的.它的優(yōu)點是清潔、無污染、熱效率高,且便于控制和調節(jié).6.為什么在制作和使用電器時要采取有效措施進行散熱?小組內討論交流.你的答案是用電器中通過電流時產生的熱,會使導體的溫度升高,使用電器不能正常工作,并且使絕緣材料迅速老化,造成危害. 7.電流通過電爐時的發(fā)熱狀況與通過電視機時的一樣嗎?答案不一樣.8.電流通過導體時,如果消耗的電能全部轉化為熱能,而沒有同時轉化為其他形式的能量時(即電路為純電阻電路),那么,電流產生的熱量Q=W.