活學(xué)活用 焦耳定律

張北春

焦耳定律反映了電流熱效應(yīng)的規(guī)律。本知識(shí)點(diǎn)主要考查焦耳定律的概念，電熱的影響因素，電熱的利用和防止，電功與電熱的區(qū)別。下面我們就從這幾方面來學(xué)習(xí)焦耳定律。

一、焦耳定律的概率

1.焦耳定律

焦耳通過大量實(shí)驗(yàn)精確地確定了電流產(chǎn)生熱量跟電流強(qiáng)度、電阻和時(shí)間的關(guān)系：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比?？梢杂霉絈=IRt來表示。它適用于任何用電器熱量的計(jì)算。

例1 2015年5月18日，上海生活小家電展覽會(huì)在光大會(huì)展中心開幕。展覽會(huì)上參展的一臺(tái)電熱器，其電阻為110Ω不變，在額定電壓下工作時(shí)通過電熱器的電流是2A，則該電熱器正常工作10s所產(chǎn)生的熱量為____J。

解析：該電熱器正常工作10s所產(chǎn)生的熱量Q=W=IRt=（2A）×110Q×10s=4400J。

答案：4400

2.電流的熱效應(yīng)

電流的熱效應(yīng)是指當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的現(xiàn)象。各種用電器里都有導(dǎo)體，所以只要用電器通電。就會(huì)發(fā)熱。

例2 夏天，小芳家常用如圖1所示的“電熱驅(qū)蚊器”驅(qū)蚊，它是利用電流的____效應(yīng)工作的。發(fā)熱元件是一個(gè)阻值為1000Ω的電阻，接在照明電路中通電100s產(chǎn)生的熱量為____J。

解析：“電熱驅(qū)蚊器”是利用電流的熱效應(yīng)來工作的。通電100s產(chǎn)生的熱量Q=W=Ut/R=4840J。

答案：熱 4840

二、電熱的影響因素

電流產(chǎn)生熱量的多少，與電阻、電流和通電時(shí)間有關(guān)，研究其中一個(gè)因素對(duì)產(chǎn)生熱量的影響關(guān)系時(shí)，需要保持另外兩個(gè)物理量不變。這里采用的是控制變量法。

例3 小強(qiáng)和小蕓利用如圖2所示的裝置探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體電阻大小的關(guān)系。圖中兩個(gè)燒瓶內(nèi)盛有質(zhì)量和溫度都相同的煤油，煤油中都浸泡著一段粗細(xì)、長度都相同的金屬絲，已知A瓶中金屬絲是銅絲，B瓶中金屬絲是鎳鉻合金絲。

（1）實(shí)驗(yàn)前，他倆的猜想可能是：①____；②____。

（2）閉合開關(guān)后，通過兩段金屬絲中的電流（填“相等”或“不相等”）。

（3）經(jīng)過一段時(shí)間后，他倆觀察到A瓶中溫度計(jì)的示數(shù)小于B瓶中溫度計(jì)的示數(shù)，由此可以得到的結(jié)論是____。

（4）本實(shí)驗(yàn)采用的物理研究方法是____。

解析：因?yàn)閮啥谓饘俳z串聯(lián)在電路中，所以電流相等；由溫度計(jì)示數(shù)的不同可以確定電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻有關(guān)系，電阻大的燒瓶中，溫度計(jì)示數(shù)高，說明產(chǎn)生的熱量多。本實(shí)驗(yàn)采用了控制變量法，在研究電熱與電阻的關(guān)系時(shí)，要保持電流和通電時(shí)間相同。

答案：（1）①電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體電阻的大小可能有關(guān) ②電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體電阻的大小可能無關(guān) （2）相等 （3）在電流和通電時(shí)間都相同時(shí)，導(dǎo)體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多 （4）控制變量法

三、電熱的利用和防止

電熱雖然對(duì)我們有利，但電熱有時(shí)是有害的，用電器工作時(shí)如果溫度過高，會(huì)造成危害，要考慮如何散熱。電視機(jī)上的散熱孔，電腦里的散熱風(fēng)扇等都是有效防止電熱危害，及時(shí)散熱的措施。

例4 （2014·南京）電熱毯內(nèi)的電阻絲斷了，如果將電阻絲的兩個(gè)斷頭接上后繼續(xù)使用，電熱毯的接頭處很容易燒焦，這樣做很不安全，接頭處的電阻常稱為“接觸電阻”。下列關(guān)于“接觸電阻”的判斷正確的是（ ）。

A.接觸電阻較大，它與電阻絲的其他部分串聯(lián)

B.接觸電阻較大，它與電阻絲的其他部分并聯(lián)

C.接觸電阻較小，它與電阻絲的其他部分串聯(lián)

D.接觸電阻較小，它與電阻絲的其他部分并聯(lián)

解析：電熱毯內(nèi)的電阻絲斷了，將電阻絲的兩個(gè)斷頭接上后，接頭處是兩根導(dǎo)線相連，由于接觸的部位很少，很細(xì)，電阻就較大，它與電阻絲的其他部分串聯(lián)。根據(jù)焦耳定律公式Q=IRt知，在電流、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多，溫度越高，因此接頭處燒焦就是因?yàn)殡娮柽^大造成的。

答案：A

四、電功與電熱的區(qū)別

1.純電阻電路與非純電阻電路

純電阻電路是把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路，如電爐、電烙鐵、電熱毯、電熨斗等。非純電阻電路是把部分電能轉(zhuǎn)化為非內(nèi)能，另一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路，如電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)車等。

例5 2015年6月12～14日，第五屆北京家用電器博覽會(huì)在國際會(huì)議中心舉行。在下列四組用電器中，屬于純電阻用電器的一組是（ ）。

A.電風(fēng)扇和電吹風(fēng)

B.電熱毯和電烙鐵

C.洗衣機(jī)和電冰箱

D.電視機(jī)和電吹風(fēng)

解析：電風(fēng)扇和電吹風(fēng)都有機(jī)械功的輸出，故是非純電阻電器，A錯(cuò)誤。電熱毯和電烙鐵只發(fā)熱沒有機(jī)械功的輸出，故是純電阻電器，B正確。洗衣機(jī)和電冰箱都不是只發(fā)熱，故是非純電阻電器，C錯(cuò)誤。電視機(jī)不是只發(fā)熱，還有其他形式能量的轉(zhuǎn)化，D錯(cuò)誤。

答案：B

2.電功與電熱

電功與電熱的比較。如表1。

“焦耳定律”是初中物理的重要知識(shí)，由于和生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密，因而在中考中占有相當(dāng)大的比例，歷年來都是中考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。同學(xué)們在學(xué)習(xí)時(shí)需要掌握其重點(diǎn)和難點(diǎn)，領(lǐng)悟其精髓，從而提高解題能力和技巧。

學(xué)即用，練一練

1.如圖3所示的電路中，電源電壓保持6V不變，電阻R=10Ω，R=20Ω，閉合開關(guān)S，則R消耗的電功率為____W；若通電30s，電阻R產(chǎn)生的熱量為____J。

2.將兩根電阻絲R、R分別插入甲、乙兩瓶等質(zhì)量煤油中。串聯(lián)接入電路，R：R=2：3。通電一段時(shí)間后，R、R產(chǎn)生的熱量之比為（ ）。

A.2：3

B.3：2

C.4：9

D.9：4

參考答案

1.0.4 24 2.A

責(zé)任編輯/蔡華杰