引入新课
提问:
(1)灯泡发光一段时间后,用手触摸灯泡,有什么感觉?为什么?
(2)电风扇使用一段时间后,用手触摸电动机部分有什么感觉?为什么?
学生回答:发烫.是电流的热效应.
新课教学
一、探究通电导体产生的热量与哪些因素有关
1.介绍实验装置,在两个相同的烧瓶中装等量煤油,瓶中各装一根电阻丝,甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大,串联起来,通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高,温度计的示数就会增大,电流产生的热量越多,煤油温度越高.温度计的示数就会越大,就可以比较电流产生的热量.
2.三种情况:
第一次实验:两个电阻串联它们的电流相等,加热的时间相同,甲瓶相对乙瓶中的电阻较小,乙瓶中的煤油温度升得高.表明:电阻越大,电流产生的热量越多.
第二次实验:在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后,调节滑动变阻器,加大电流,重做实验,让通电的时间与前次相同,两次实验比较甲瓶前后两次煤油升高的温度,第二次煤油上升得温度高,表明:电流越大,电流产生的热量越多.
第三次实验:如果加长通电的时间,瓶中煤油温度上升越高,表明:通电时间越长,电流产生的热量越多.
3.总结
在通电电流和通电时间相同的条件下,电阻越大,电流产生的热量越多;
在电阻和通电时间相同的条件下,电流越大,电流产生的热量越多;
在通电电流和电阻相同的条件下,通电时间越长,电流产生的热量越多。
二、焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定电流流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。这个规律叫做焦耳定律.
焦耳定律可以用下面的公式表示:
Q=I2Rt
公式中的电流I的单位要用安培(A),电阻R的单位要用欧姆(Ω),通过的时间t的单位要用秒(s),这样,热量Q的单位就是焦耳(J).
注意:电功与电热的区别!
例题 一根60Ω的电阻丝接在36V的电流上,在5min内共产生多少热量.
解: I=U/R=36V/60Ω=0.6A
Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
在一定的条件下,根据电功公式和欧姆定律公式推导出焦耳定律公式,如果电流通过导体时,其电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,也就是电流所作的功全部用来产生热量.那么,电流产生的热量Q就等于电流做的功W,即Q=W. W=UIt,根据欧姆定律U=IR推导出焦耳定律Q=I2Rt。
讨论:电热与电阻的关系
当电流相等时,由W=UIt和U=IR得W=Q=I2Rt
结论:当电流与通电时间一定时,电热与电阻成正比
当电压相等时,由W=UIt和I=U/R得W=Q=U2t/R
结论:当电压与通电时间一定时,电热与电阻成反比
三、电流热效应的应用与控制
1. 纯电阻电路就是指电流通过的电路中的所有的导体,电流所做的功全部转化为内能.这样的电路叫做纯电阻电路.
2. 电热器就是一个纯电阻电路,人们利用它来作加热的设备:
例如: 电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉都是电热器.
电热器重要组成部分是发热体,发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成的,电流通过电阻丝发出热量.
电热器清洁卫生,没有环境污染;热效率高;有的还可以方便地控制和调节温度等优点.
例如:电褥、电烘箱;家禽电热孵卵器,引发炸药的电热装置乃至高空飞行服里的电热保温装置,都是电热器,它们有不同的构造和用途,但原理都一样.
3.防止电热的危害
在电动机里,电流所做的功主要用来做机械功,但电流通过电动机里的电阻也会要产生热量(这样的电路我们叫它非纯电阻电路),会使导线温度升高,温度超过绝缘材料的耐热温度,绝缘材料会迅速老化甚至可能烧坏,这就需要考虑散热,还要加快散热,有的电动机里随电动机转动装有风扇,就是为了迅速散热.
收音机、电视机等用电器也都是考虑散热,它们的机壳上都有散热孔.
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