1、 电热能教案教学目标：1 在实验的基础上掌握焦耳定律。2 讲解电功和电热的关系，知道在非纯电阻元件的电路中电功大于电热的道理。3 掌握电热的计算公式一、实验探究如图 1 所示，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大。实骤步骤1接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油哪个上升得高（图 2）。实验结果是：甲瓶中的煤油上升得高。这表明，电阻越大，电流产生的热量越多。2在两玻璃管中的液柱降回原来高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做上述实验，通电时间与前次相同。在两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶）中的煤油哪次上升得高（图 3）实验结果：在第二次实验中，瓶中煤油上升得高。这
2、表明，电流越大，电流产生的热量越多。3实验表明，通电时间越长，瓶中煤油上升得越高，电流产生的热量越多。二、知识点梳理1.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产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。内容：电流通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。2.公式： Q = I2Rt3.单位：I-安，R-欧，t-秒，Q-焦区分纯电阻电路和非纯电阻电路注意：对纯电阻电路（只含白炽灯、电炉等电热器的电路）中电流做功完全用于产生热，电能转化为内能，故电功 W 等于电热 Q；这时 W= Q=UIt=I2Rt 。所以，I=U/R。即欧姆
3、定律适用的电路叫做纯电阻电路。对非纯电阻电路（含有电动机、电解槽的电路）中的能量转化，电能除了转化为内能外，还转化为机械能、化学能等。这时 W Q。所以 I=U/R 不成立。即欧姆定律不适用的电路叫做非纯电阻电路。即 W=Q+E 其它 或 P =P 热 + P 其它 、UI = I2R + P 其它 。若电流做的功全部用来产生热量即 Q = W 又W = UIt 根据欧姆定律 U = IR Q = W = UIt = I 2Rt注意：焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用 Q =W = UIt = Pt = U2/R t 来计算热量。三、例题讲解【例 1】将规格都是
4、“220 V 100 W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁，分别接入220 伏的电路中，通电时间相同，电流通过它们产生的热量最多的是( )A电烙铁 B电视机 C电风扇 D一样多点拨 (1)本题要求学生比较不同用电器产生内能的多少。(2)求解时要分析不同用电器工作时，是把电能转化为哪些形式的能。要根据人们利用不同用电器的目的，分析电能经转化后得到的能中，内能是占全部、大部分还是小部分。【跟踪练习 1】下列不属于利用电热的是( )A用电饭煲煮饭 B用电熨斗熨衣服C用电烙铁焊接 D在电视机外壳上开散热窗 【例 2】一台直流电动机的线圈的电阻为 2 欧，在 220 伏电压下正常工作时，通过线圈的电
5、流为 5 安，那么该电动机正常工作时，电流在 1 分钟内做的功为多少?1 分钟内电动机产生的机械能为多少?点拨 (1)本题考查电动机工作时电功和电热的计算，以及各种能量间的关系。(2)计算各种用电器所做的电功，即用电器消耗的电能，W=UIt 是普遍适用的；计算各种用电器工作时所产生的热量，公式 QI 2Rt 是普遍适用的。对于纯电阻性用电器，两个公式可以混用，但对于非纯电阻性用电器，注意不要将两个公式混淆。(3)电流所做的功，即电动机消耗的电能等于电动机消耗的内能与电动机输出的机械能之和。【跟踪练习 2】某养鸡场用一台电热孵卵器来孵鸡雏，孵卵器工作时通过电阻丝的电流是10安，1 分钟产生 1.
6、32105焦的热量。求：(1)这台电热孵卵器的功率。(2)孵卵器的电阻丝工作时的电阻。(3)孵卵器的电阻丝工作 1 小时消耗的电能。五、课堂练习1 关于焦耳定律的思考： （1） 、如果两个电阻选用铝丝和锰铜丝，应该选用_、_都相同的铝丝和锰铜丝。（2） 、两个电阻应该怎样连接，为什么这样连接？（3） 、这个实验采用了哪些科学方法？（4） 、这个实验要在两个烧瓶中分别装入等质量的煤油，为什么不用水代替煤油？（5） 、这个实验可以在两个烧瓶分别用温度计测量煤油的温度，还可以在烧瓶中装满煤油，用橡皮塞塞紧，把两端开口的细玻璃管插入烧瓶中，根据煤油柱在细玻璃管中上升的高度来判断煤油温度上升的度数。两种
7、方法各有什么优缺点？（6） 、焦耳定律说明了电流的什么效应？2 我们知道，电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热。其原因是A导线的电阻小 B电炉丝的电阻小C通过导线的电流大 D通过电炉丝的电流大3 下列用电器在工作过程中，电能几乎全部转化为内能的是A电脑 B电风扇 C洗衣机 D电炉4 将 A、B 两个白炽灯接入电路，关于这两只灯泡的发光情况，正确的说法是（ ）A、 若 A 灯中的电流比 B 灯大，则 A 灯一定比 B 灯亮B、若 A 灯两端的电压比 B 灯大，则 A 灯一定比 B 灯亮C、若电流对 A 灯做的功比 B 灯多，则 A 灯一定比 B 灯亮D、若 A 灯消耗的电
8、功率比 B 灯大，则 A 灯一定比 B 灯亮5 电流通过电风扇做功时， 能转化 为能和 能，如果电流做功 3.6106J,电风扇获得的机械能一定 3.6106J 6 如图是 “探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，两阻值分别为 R和2 R的电阻丝浸在相同质量和初温的煤油中，每一烧瓶里各插入一温度计。请回答下列问题： （1）合上开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过 反映出来的；（2）采用这种连接方式的目的是 。7 小明和小红想利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，电阻比较小，烧瓶B中的金属丝是
9、镍铬合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油的温度。(1)这两个烧瓶中所盛煤油的质量应该 。(2)小红问小明“水比较容易获得，干嘛不用水代替煤油”。对于这个问题，小明与他的同学给出了下列四种答案，你认为合理的是( )A因为煤油有颜色便于观察 B因为煤油有比较大的热值C因为煤油有比较小的密度 D因为煤油有比较小的比热容(3)实验中，小明和小红发现B烧瓶中温度计的示数升高的快。这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越 ，产生的热量越多。8 某电动机上标有“220V,2A”它的线圈电阻为5 ，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能
10、？9把两个电阻 R1、R 2 串联在电路中，R 16 欧，R 29 欧。在相同的通电时间内，通过R1、R 2 的电流之比为 ；电流通过 R1、R 2 产生的热量之比为 。10电动机在工作过程中将电能转化为 能和 能，电动机外壳留有小孔，是为了 。一台电动机接在 220 伏的电源上，正常工作时，通过的电流是 2 安，在 5 秒内电流做功 焦。若线圈电阻为 1 欧，则在这段时间内，电流通过电动机产生 焦的热量。11如图所示是研究电流通过导体产生的热量的多少跟哪些因素有关的实验。某同学测得如下数据：编号 电阻 电流 通电时间 管内液面离 瓶口高度1 R甲 5 欧 0.2安 10秒 1厘米2 R乙 1
11、0 欧 0.2安 10秒 2厘米3 R甲 5 欧 0.4安 10秒 4厘米4 R乙 10 欧 0.2安 20秒 4厘米(1)比较编号 1、2 可得出结论： 当相等时，电阻越大，电流产生的热量越大。(2)比较编号 1、3 可得出结论： 。(3)比较编号 可得出结论：当电阻和电流相同时，通电时间越长，电流产生的热量 。上述实验采用的研究方法叫 。12电熨斗通电后温度很高，而连接电熨斗的电线却不怎么热，这是因为( )A电线有绝缘层保护，能隔热 B电线的电阻小，产生的电热也很小C电线散热快，所以温度低 D通过电线的电流小于通过电熨斗的电流13下列家用电器中，属于电热器的是( )A电熨斗 B电风扇 C电
12、视机 D洗衣机14关于电热的利用，下列说法正确的是( )A. 电热对我们来说总是有利的 B电热对我们来说总是不利的C电饭锅是利用电流热效应的原理制成的 D电视机工作过程中没有产生电热15下表为一台电烤箱的铭牌，其内部简化电路如图所示，R 1 和 R2 均为电热丝。牌电烤箱额定电压 220 V高温挡 1100 W额定功率低温挡 440 W电源频率 50 Hz求：(1)电烤箱在高温挡正常工作 10 分钟所消耗的电能。(2)电路中 R1 的阻值。(3)电烤箱在低温挡正常工作时，电路中的电流和 R1 的功率。五、课堂小结1 实验探究中最重要的物理思想是控制变量法。2 焦耳定律是重要的物理定律，它是能量
13、守恒定律在电能和热能转化中的体现，是电学中重要的概念之一。3 了解电功和电热的关系，了解公式 Q=I2Rt（P=I 2R）、Q=U 2t/R（P=U 2/R）的适应条件。4 知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。5 电功和电功率 W=IUt P=W/t=UI热（焦耳定律）和热功率 Q=I 2Rt P=Q/t=I2R 纯电阻电路 W=Q非纯电阻电路 W Q 即 W=Q+E 其它六、课后作业1、用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体，甲比乙的横截面积大，如图所示。将它们串联在电路中，通电一段时间后，比较甲、乙两导体升高的温度正确的是A.甲导体的温度升高得多 B.乙
14、导体的温度升高得多C.甲、乙两导体升高的温度相同 D.条件不足，无法判断2、在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热，甚至引起火灾。原因是连接处A电流比别处小，产生的热量多 B电流比别处大，产生的热量多C电阻比别处小，产生的热量多 D电阻比别处大，产生的热量多3、在某段电路中，其两端电压为 U，通过的电流为 I，通电时间为 t，那么关于电功和电热的关系错误的是（ ）A、在任何电路中，电功 IUt 等于电热 I2RtB、在任何电路中，电功为 IUt，电热为 I2RtC、在纯电阻电路中，IUt=I 2RtD、在非纯电阻电路中，IUtI 2Rt4、将一根电阻丝接在某恒定电压的电源两端，电流做
15、功的功率为 P。若将金属丝均匀的拉长为原来的两倍后再接入原来的电路中，则它的功率为：（ ）A、4P B、0.25P C、16P D、0.125P5、为了使电炉消耗的功率减小到原来的一半，可行的办法是（ ）A、使通过它的电流减半 B、使两端的电压减半C、使电炉的电阻减半 D、使它两端的电压和电阻均减半6、有一只灯泡的灯丝断了，通过转动灯泡把灯丝接通，再接入电源后，所发生的现象及其原因是（ ）A、灯丝电阻变小，通过它的电流变大，根据 P=I2R，电灯变亮B、灯丝电阻变大，通过它的电流变小，根据 P=I2R，电灯变暗C、灯丝电阻变小，它两端的电压不变，根据 P=U2/R，电灯变亮A、灯丝电阻变大，它
16、两端的电压不变，根据 P= U2/R，电灯变暗7、在电阻器上除了标明电阻值，还标明额定功率，这是它工作时允许消耗的最大功率，超过这个功率，电阻器就会烧坏，现有一个“100 4W”的电阻器，允许加在这个电阻器上的最大电压为 U= V。允许通过这个电阻器的最大电流为 I= A。当电阻器两端的电压为 16V 时，它消耗的功率为 P= W。8、有一电风扇标有“220V 55W”，若电风扇的电动机线圈电阻为 8 ，当它正常工作时，电源供给的电功率是 W，转化为风的电功率是 W，电动机的发热功率是 W。9、一个标有“110V、10W”的灯泡，求：它的电阻； 正常工作时的电流； 如果接在 100V 的电路中
17、实际功率多大？ 接在 220V 电压的电路中，它的实际功率多大？会发生什么现象？10、一台直流电动机的额定电压为 U110V，电枢的电阻 R0.5，当它正常工作时通过的电流 I=20A，若电动机正常运转时间 t1 分钟。求：电流所做的功； 电枢上产生的热量； 电动机输出的机械能。 11 如下图所示，标有“6V、3W”字样的小灯泡与最大阻值为 10 的滑动变阻器串联在电路中。当变阻器连入电路中的电阻为 6 时灯正常发光。（不考虑灯泡电阻受温度影响，电源电压不变）求：（1）灯泡电阻、电源电压； （2）灯泡正常发光 1min，变阻器产生的热量。12 如图所示是一种全自动热水器的铭牌，如果该热水器在额
18、定电压下工作效率为 70，那么将一满箱 20的水加热到 40，需要 分钟，热水器耗电 千瓦时。已知水的比热容是 4.2103焦(千克)13当温度降到很低时，某些金属导体的电阻会突然消失，这种现象称为超导现象。假设所有导体都没有了电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是( )A白炽灯仍然能发光 B电动机仍然能转动C电饭锅仍然能煮饭 D电熨斗仍然能熨衣服14有一只电熨斗，其上标明了“关” 、 “低” 、 “中” 、 “高”四个挡，使用时扭动旋钮即可。如图所示，若现在要用“高”挡，则以下四个旋钮内部接线图正确的是( )15小刚同学家有一台某品牌电热水器，其铭牌如下表所示。请回答：“”XCD-508型全
19、自动电热水器额定功率/kW 2 加热方式 电加热器额定电压/V 220 类别防触电保护一类温度设定范围/ 2090 净重/kg 20容量/L 50 整机外形 尺寸/mm 530 400出厂时间 2011年3月2日(1)该电热水器电热丝正常工作时的电阻是多大?(2)该电热水器正常工作 45 分钟消耗的电能是多少?(3)若夏天用电高峰时家庭电路的实际电压只有 198 伏，则电热水器在用电高峰时的实际功率为多少?(不考虑电热丝电阻随温度的变化)课堂练习答案1（1） 应选用长度、横截面积都相同的铝丝和锰铜丝，从而保证两个电阻的阻值不同。（2） 两个电阻应该串联，从而使电流相等。根据控制变量法来研究电热
20、与电阻的关系。（3） 采用了转换法，把研究电流产生的热量转换为观察温度计升高的度数。采用了控制变量法，研究电热与电流、电阻、通电时间的关系。采用了比较法，比较两个烧瓶中温度计升高的度数来得出结论。（4） 两个烧瓶中分别装入等质量的煤油是为了体现控制变量法。不用水代替煤油，是因为煤油是绝缘体，而一般的水不纯净，是导体，对实验有影响。又因为煤油比热容较小，温度变化比较明显。（5） 用温度计的优点是便于定量的、准确的研究，缺点是可视性较差，作为演示实验，后排学生看不清。用细玻璃管的优点是实验效果明显、可视性好，缺点是只能定性的、粗略的研究。（6） 电流有三种效应：热效应、磁效应、化学效应，这个实验说
21、明电流具有热效应。2 A 根据焦耳定律可知 A 正确3 D 电脑会发热，洗衣机和电风扇有一部分会转化为机械能，电炉的结果就是发热4 D 灯的亮度根据实际功率判断5 电 机械 热 小于6（1）温度计的示数变化 （2）控制电流相同7 相等、D、大8 解：消耗的电能为:W 总=UIt=220V2A60S=26400J线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)25 60S=120J 得到的机械能为：W 机=W 总Q=26400J120J=25200J课后作业答案1、B 因为甲的电阻比乙的小2、D 根据公式，因为串联，电流一样，电阻大的产生的热量比较大3、A 只有在纯电路中才符合4、B 拉长电阻变为两倍，变细电阻又变大两倍，总共变大四倍，功率就是原先功率的四分之一5、D 6、C 7、20 0.2 2.56 8、55 54.5 0.59、1210 0.09A 8.3W 40W 灯丝立即烧断 10、1.3210 5J 1.2104J 1.2105J11
