17．3 探究电流的热效应跟电阻的关系——焦耳定律
1、焦耳定律：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，这个规律叫焦耳定律。它是英国物理学家焦耳通过实验总结出来的。
2、公式及单位：
Q =I 2Rt ，其中I 的单位是A ，R 的单位是Ω，t 的单位是s ，Q 的单位是J 。
电热公式如何选择： 方法：（1）当电能全部转化成热能（内能）的时候，即纯电阻电路（如电热器之类），电热等于电功，即Q =W ，求电热的公式有四个：
U 2
t =P ⋅t 此时：Q =W =UIt =I Rt =R
2
（2）当电能部分转化成热能（内能）的时候，即非纯电阻电路（如电动机之类或蓄电池充放电），电热不等于电功，即Q ≠W ，求电热只能用焦耳定律的公式：Q =I 2Rt 串联电路：
U 1W 1P 1Q 1R 1
（电压、电功、电功率、电热与电阻成正比） ====
U 2W 2P 2Q 2R 2
I 1W 1P 1Q 1R 2
（电流、电功、电功率、电热与电阻成反比） ====
I 2W 2P 2Q 2R 1
并联电路：
3、电热的利用及防止：
（1）利用：电热器是利用电来加热的设备，它是根据电流的热效应来工作的，电热器的重要组成部分是发热体，它是由电阻率大，熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。常用的电热器有电炉、电烙铁、电饭煲、电熨斗等。
（2）防止：电流通过导体产生热量过多，应加快散热，如果超过绝缘材料的耐热温度，绝缘材料会迅速老化，甚至烧坏，引起火灾，电动机内装有风扇，电视机外壳带有散热窗，都是为了加快散热。 练习： 1、“验证焦耳定律”实验的思想方法
在这个实验中，再次运用了控制变量的方法，请阅读实验内容，思考下列问题：
（1）通过观察比较什么现象来说明电流通过导体产生热量的多少?
（2）在第一次实验中，为了定性研究电流产生的热量与电阻的关系，应控制哪些条件？怎样控制？
（3）在第二次实验中，为了定性研究电流产生的热量与电流大小的关系，应控制哪些条件？怎样控制？
（4）在第三次实验中，为了定性研究电流产生的热量与通电时间的关系，应控制哪些条件？怎样控制？
（5）通过实验，可以得出什么结论？
2、A 、B 、C 是三段“2B ”铅笔芯，A 、C 等长，（8～10 cm），B 为A 长的一半．按图连接电路，并固定于竖直木板上，用蜡（或凡士林）将火柴粘在铅笔芯上。接通电源（12～24 V）一段时间后，便可看到C 、A 、B 上的火柴依次因蜡受热熔化而掉落。
（1）比较A 、B ，通过二者的电流是否相同？电阻是否相同？通电时间是否相同? 为什么A 上的火柴先落下?
（2）比较A 、C ，通过二者的电流是否相同？电阻是否相同？通电时间是否相同？为什么C 上的火柴先掉下?
3、近几年，我国城乡许多地区在进行电网改造，改造的内容之一就是把输电线换成更粗的，而且用铜线作为输电线．结合焦耳定律谈一谈这样做的目的。
4、小明同学在家里用电加热器(俗称“热得快”)给暖水瓶中1. 5Kg 的水加热10min ，水温从20℃恰好升高到100℃。求：(1)水吸收的热量是多少？(2)小明家的电能表标着3000r/KWh，在这10min 内能表的转盘转多少转？
5、小明同学的玩具电动车上，有一微型直流电动机，小明将它接在图示的电路中，闭合开关后，移动变阻器的滑动片P 。(1)当○v 示数为0. 3V 时，电动机不转动，此时○A 示数为0. 3A 。求电动机线圈的电阻是多大？(2)当○v 示数为3V 时，电动机正常转动，此时
A 示数为0. 4A 。求电动机的发热功率及对外做功的机械功率。
6、电热器是利用电流的_________效应工作的。我们日常使用的电热器有________、__________、______________、_________________。
7、一只标有“220 V、45 W”的电热器，在额定电压下使用时，通过它的电流为_______A，通电30 min可以产生____________J的热量。
8、如图中甲所示是用来研究焦耳定律的实验装置：
-
R 甲＞R 乙
+
+ 甲 乙
甲 乙
a
图甲
甲 甲
d
（1）实验采用的是_____________研究方法，实验的设计原理是根据电流的_________效应。
（2）选用图乙中第一组电阻来进行实验，接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油____上升得高。我们可以推测：在通电时间相同、通过电流相等的情况下________越大放热越多。这个实验是控制_________、_________两个物理量不变，来研究___________和________两个物理量的关系。
（3）选用图乙中第二组电阻来进行实验，分别在通电时间相同时，调解滑动变阻器，加大电流，发现电流越大，电阻丝放热越___________，说明___________________。
9、学完焦耳定律后，小红和小亮想利用如图所示的装置比较铝和锰铜这两种材料的导电性能。
（1）他们应该选用___________、_________________都相同的铝丝和锰铜丝。
（2）小红想在两个烧瓶中分别装入等质量的煤油，而小亮建议用水代替煤油。小亮的建议不妥的原因是_____________________________________。
（3）按小红的想法进行实验，接通电路后，他们发现甲烧瓶中煤油的温度比乙烧瓶中煤油的温度升高得慢，说明________丝的导电性能较强。 （4）①如图是探究__________________________的实验。
②如图连接的实验目的是：_______________________________________。
③在探究实验过程中可以观察到甲瓶中温度计的示数小于乙瓶中温度计的示数，这表明：_________________________________________________________。
10、小红和小明分别用如图所示的装置，探究电流一定时，电流产生的热量与电阻的关系。他们分别将两段阻值不同的电阻丝（R 1＜R 2）密封在完全相同的烧瓶中，并通过单孔胶塞及短玻璃管与气球相连。（设他们所用的各种同类器材料性能相同）
第一组 第二组 图乙
（1）在这个实验中电流产生热量的多少是通过_________________________体现出来的。 （2）他们同时开始进行实验，在a 、b 、c 、d 四个气球中，鼓起来最快的是______________。 （3）小红和小明的实验方案中有一个是错误的，请针对错误的实验方案进行简要评估。（说明谁的方案是错误的，以及错误的原因）
15、为了探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关，设计了如图所示的实验，三只完全相同的烧瓶中盛有等质量的煤油。已知电阻丝的电阻R 甲＞R 乙，R 乙＝R 丙。 （1）为了探究产生的热量与电阻的关系，应选择的电阻丝为__________________； （2）为了探究产生的热量与电流的关系，应选择的电阻丝为__________________；
（3）该实验的探究中，我们采用了_____________________________________________。
16、小明要用如图所示的实验器材探究电压一定时，电流热效应与电阻的关系。其中瓶内电阻丝的长度、粗细都相同。
（1）请你用笔画线代替导线，帮他把电路连接完整。 （2）电流产生的热量的多少不易直接测量。因此在这个实验中是通过_________________显示电流产生热量的多少。像这种用能直接观测的量来显示不易观测的量的方法叫______________。这种方法在物理学的研究中经常用到，请你列举一例：___________________________________________________________________。 （3）在这个实验中，除了控制电压一定外，还要控制的量有________________________。 （4）在这个实验中，若两个电阻丝的通电时间相同，则__________瓶内温度计的示数升高的多。
17、如上右图所示是研究电流做功多少跟哪些因素有关的实验装置。图中砝码被提起越高，表明电流做功越多。现将质量一定的砝码通过细线挂在定滑轮下面，闭合开关，测
（1）比较实验序号1和2，可以归纳的结论：_____________________________________
___________________________________________________________________________。
（2）比较实验序号1和3，可以归纳的结论：_____________________________________
___________________________________________________________________________。 （3）通过（1）（2）分析可以发现，这里研究物理规律采用的方法在物理学中叫__________。请举出采用这种方法研究物理规律的两个实例：
①______________________________________；②_______________________________。 （4）实验中，电动机消耗的电能与砝码增加的机械能是否相等？试分析原因___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________。（要求从两个不同方面进行分析）
（5）利用实验中电流表和电压表示数，直接应用欧姆定律能否计算电动机的线圈电阻？为什么？
___________________________________________________________________________。
（6）实验中滑动变阻器的主要作用是_________________________________________。
一、观察比较法：
1、下列电器中，利用电流热效应的是（ ）
A 、电铃 B 、电饭锅 C 、电风扇 D 、电视机 2、下列事例中，不属于利用电热的是（ ）
A 、用电饭锅煮饭 B 、电热孵卵器孵小鸡 C 、用电熨斗熨衣服 D 、电视机加散热窗 3、消耗同样多的电能，下列用电器中产生热量最多的是（ ） A 、电吹风 B 、电视机 C 、电动机 D 、电饭锅
二、公式法：
1、有两根相同的电阻丝先串联后并联接到同一电源上，则在相同的时间内所产生的热量（ ）
A 、串联时多 B 、并联时多 C 、一样多 D 、无法确定 2、电炉通电以后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么热，原因是（ ）A 、通过电炉丝的电流大 B 、通过导线的电流大
C 、电炉丝的电阻小，发热功率小 D 、导线的电阻小，发热功率小
3、电动机工作时两端电压为U ，电流为I ，电动机线圈的电阻为R ，则电动机工作时输出的最大机械功率为（ ）
A 、UI B 、I 2R C 、UI + I2R D 、UI －I 2R 三、实验法：
1、如图10所示，在探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中 （1）通过观察_______来判断电流产生的热量的多少。 （2）图10中甲、乙两根电阻丝是串联的，这是为了研 究电流产生的热量与_______的关系。
2、在如图所示的实验电路中，R 1、R 2是两个电阻圈， R 1的阻值大于R 2的阻值，电阻圈上各夹一根火柴. 接通电路，一会儿观察到两电阻圈上的火柴先后被点燃，这说明电流通过电阻时会产生热，将 能转化为 能。若继续进行以下实验：
R 1
（1）断开开关，待两个电阻圈完全冷却，再重新各夹一根R 2 火柴，使变阻器接入电路的阻值较大。接通电路，经历时
间t 1，R 1上的火柴先被点燃. 这说明，在电流和通电时间相同的情况下，________越大，产生的 _越多。
（2）断开开关，待两个电阻圈完全冷却，再重新各夹一根火柴，使变阻器接入电路的阻值较小。接通电路，经历时间t 2，R 1上的火柴先被点燃，比较发现t 2小于t 1. 由此推理，在电阻和通电时间相同的情况下，_______越大，产生的 _越多。
17．3 探究电流的热效应跟电阻的关系——焦耳定律
1、焦耳定律：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，这个规律叫焦耳定律。它是英国物理学家焦耳通过实验总结出来的。
2、公式及单位：
Q =I 2Rt ，其中I 的单位是A ，R 的单位是Ω，t 的单位是s ，Q 的单位是J 。
电热公式如何选择： 方法：（1）当电能全部转化成热能（内能）的时候，即纯电阻电路（如电热器之类），电热等于电功，即Q =W ，求电热的公式有四个：
U 2
t =P ⋅t 此时：Q =W =UIt =I Rt =R
2
（2）当电能部分转化成热能（内能）的时候，即非纯电阻电路（如电动机之类或蓄电池充放电），电热不等于电功，即Q ≠W ，求电热只能用焦耳定律的公式：Q =I 2Rt 串联电路：
U 1W 1P 1Q 1R 1
（电压、电功、电功率、电热与电阻成正比） ====
U 2W 2P 2Q 2R 2
I 1W 1P 1Q 1R 2
（电流、电功、电功率、电热与电阻成反比） ====
I 2W 2P 2Q 2R 1
并联电路：
3、电热的利用及防止：
（1）利用：电热器是利用电来加热的设备，它是根据电流的热效应来工作的，电热器的重要组成部分是发热体，它是由电阻率大，熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成的。常用的电热器有电炉、电烙铁、电饭煲、电熨斗等。
（2）防止：电流通过导体产生热量过多，应加快散热，如果超过绝缘材料的耐热温度，绝缘材料会迅速老化，甚至烧坏，引起火灾，电动机内装有风扇，电视机外壳带有散热窗，都是为了加快散热。 练习： 1、“验证焦耳定律”实验的思想方法
在这个实验中，再次运用了控制变量的方法，请阅读实验内容，思考下列问题：
（1）通过观察比较什么现象来说明电流通过导体产生热量的多少?
（2）在第一次实验中，为了定性研究电流产生的热量与电阻的关系，应控制哪些条件？怎样控制？
（3）在第二次实验中，为了定性研究电流产生的热量与电流大小的关系，应控制哪些条件？怎样控制？
（4）在第三次实验中，为了定性研究电流产生的热量与通电时间的关系，应控制哪些条件？怎样控制？
（5）通过实验，可以得出什么结论？
2、A 、B 、C 是三段“2B ”铅笔芯，A 、C 等长，（8～10 cm），B 为A 长的一半．按图连接电路，并固定于竖直木板上，用蜡（或凡士林）将火柴粘在铅笔芯上。接通电源（12～24 V）一段时间后，便可看到C 、A 、B 上的火柴依次因蜡受热熔化而掉落。
（1）比较A 、B ，通过二者的电流是否相同？电阻是否相同？通电时间是否相同? 为什么A 上的火柴先落下?
（2）比较A 、C ，通过二者的电流是否相同？电阻是否相同？通电时间是否相同？为什么C 上的火柴先掉下?
3、近几年，我国城乡许多地区在进行电网改造，改造的内容之一就是把输电线换成更粗的，而且用铜线作为输电线．结合焦耳定律谈一谈这样做的目的。
4、小明同学在家里用电加热器(俗称“热得快”)给暖水瓶中1. 5Kg 的水加热10min ，水温从20℃恰好升高到100℃。求：(1)水吸收的热量是多少？(2)小明家的电能表标着3000r/KWh，在这10min 内能表的转盘转多少转？
5、小明同学的玩具电动车上，有一微型直流电动机，小明将它接在图示的电路中，闭合开关后，移动变阻器的滑动片P 。(1)当○v 示数为0. 3V 时，电动机不转动，此时○A 示数为0. 3A 。求电动机线圈的电阻是多大？(2)当○v 示数为3V 时，电动机正常转动，此时
A 示数为0. 4A 。求电动机的发热功率及对外做功的机械功率。
6、电热器是利用电流的_________效应工作的。我们日常使用的电热器有________、__________、______________、_________________。
7、一只标有“220 V、45 W”的电热器，在额定电压下使用时，通过它的电流为_______A，通电30 min可以产生____________J的热量。
8、如图中甲所示是用来研究焦耳定律的实验装置：
-
R 甲＞R 乙
+
+ 甲 乙
甲 乙
a
图甲
甲 甲
d
（1）实验采用的是_____________研究方法，实验的设计原理是根据电流的_________效应。
（2）选用图乙中第一组电阻来进行实验，接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油____上升得高。我们可以推测：在通电时间相同、通过电流相等的情况下________越大放热越多。这个实验是控制_________、_________两个物理量不变，来研究___________和________两个物理量的关系。
（3）选用图乙中第二组电阻来进行实验，分别在通电时间相同时，调解滑动变阻器，加大电流，发现电流越大，电阻丝放热越___________，说明___________________。
9、学完焦耳定律后，小红和小亮想利用如图所示的装置比较铝和锰铜这两种材料的导电性能。
（1）他们应该选用___________、_________________都相同的铝丝和锰铜丝。
（2）小红想在两个烧瓶中分别装入等质量的煤油，而小亮建议用水代替煤油。小亮的建议不妥的原因是_____________________________________。
（3）按小红的想法进行实验，接通电路后，他们发现甲烧瓶中煤油的温度比乙烧瓶中煤油的温度升高得慢，说明________丝的导电性能较强。 （4）①如图是探究__________________________的实验。
②如图连接的实验目的是：_______________________________________。
③在探究实验过程中可以观察到甲瓶中温度计的示数小于乙瓶中温度计的示数，这表明：_________________________________________________________。
10、小红和小明分别用如图所示的装置，探究电流一定时，电流产生的热量与电阻的关系。他们分别将两段阻值不同的电阻丝（R 1＜R 2）密封在完全相同的烧瓶中，并通过单孔胶塞及短玻璃管与气球相连。（设他们所用的各种同类器材料性能相同）
第一组 第二组 图乙
（1）在这个实验中电流产生热量的多少是通过_________________________体现出来的。 （2）他们同时开始进行实验，在a 、b 、c 、d 四个气球中，鼓起来最快的是______________。 （3）小红和小明的实验方案中有一个是错误的，请针对错误的实验方案进行简要评估。（说明谁的方案是错误的，以及错误的原因）
15、为了探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关，设计了如图所示的实验，三只完全相同的烧瓶中盛有等质量的煤油。已知电阻丝的电阻R 甲＞R 乙，R 乙＝R 丙。 （1）为了探究产生的热量与电阻的关系，应选择的电阻丝为__________________； （2）为了探究产生的热量与电流的关系，应选择的电阻丝为__________________；
（3）该实验的探究中，我们采用了_____________________________________________。
16、小明要用如图所示的实验器材探究电压一定时，电流热效应与电阻的关系。其中瓶内电阻丝的长度、粗细都相同。
（1）请你用笔画线代替导线，帮他把电路连接完整。 （2）电流产生的热量的多少不易直接测量。因此在这个实验中是通过_________________显示电流产生热量的多少。像这种用能直接观测的量来显示不易观测的量的方法叫______________。这种方法在物理学的研究中经常用到，请你列举一例：___________________________________________________________________。 （3）在这个实验中，除了控制电压一定外，还要控制的量有________________________。 （4）在这个实验中，若两个电阻丝的通电时间相同，则__________瓶内温度计的示数升高的多。
17、如上右图所示是研究电流做功多少跟哪些因素有关的实验装置。图中砝码被提起越高，表明电流做功越多。现将质量一定的砝码通过细线挂在定滑轮下面，闭合开关，测
（1）比较实验序号1和2，可以归纳的结论：_____________________________________
___________________________________________________________________________。
（2）比较实验序号1和3，可以归纳的结论：_____________________________________
___________________________________________________________________________。 （3）通过（1）（2）分析可以发现，这里研究物理规律采用的方法在物理学中叫__________。请举出采用这种方法研究物理规律的两个实例：
①______________________________________；②_______________________________。 （4）实验中，电动机消耗的电能与砝码增加的机械能是否相等？试分析原因___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________。（要求从两个不同方面进行分析）
（5）利用实验中电流表和电压表示数，直接应用欧姆定律能否计算电动机的线圈电阻？为什么？
___________________________________________________________________________。
（6）实验中滑动变阻器的主要作用是_________________________________________。
一、观察比较法：
1、下列电器中，利用电流热效应的是（ ）
A 、电铃 B 、电饭锅 C 、电风扇 D 、电视机 2、下列事例中，不属于利用电热的是（ ）
A 、用电饭锅煮饭 B 、电热孵卵器孵小鸡 C 、用电熨斗熨衣服 D 、电视机加散热窗 3、消耗同样多的电能，下列用电器中产生热量最多的是（ ） A 、电吹风 B 、电视机 C 、电动机 D 、电饭锅
二、公式法：
1、有两根相同的电阻丝先串联后并联接到同一电源上，则在相同的时间内所产生的热量（ ）
A 、串联时多 B 、并联时多 C 、一样多 D 、无法确定 2、电炉通电以后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么热，原因是（ ）A 、通过电炉丝的电流大 B 、通过导线的电流大
C 、电炉丝的电阻小，发热功率小 D 、导线的电阻小，发热功率小
3、电动机工作时两端电压为U ，电流为I ，电动机线圈的电阻为R ，则电动机工作时输出的最大机械功率为（ ）
A 、UI B 、I 2R C 、UI + I2R D 、UI －I 2R 三、实验法：
1、如图10所示，在探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中 （1）通过观察_______来判断电流产生的热量的多少。 （2）图10中甲、乙两根电阻丝是串联的，这是为了研 究电流产生的热量与_______的关系。
2、在如图所示的实验电路中，R 1、R 2是两个电阻圈， R 1的阻值大于R 2的阻值，电阻圈上各夹一根火柴. 接通电路，一会儿观察到两电阻圈上的火柴先后被点燃，这说明电流通过电阻时会产生热，将 能转化为 能。若继续进行以下实验：
R 1
（1）断开开关，待两个电阻圈完全冷却，再重新各夹一根R 2 火柴，使变阻器接入电路的阻值较大。接通电路，经历时
间t 1，R 1上的火柴先被点燃. 这说明，在电流和通电时间相同的情况下，________越大，产生的 _越多。
（2）断开开关，待两个电阻圈完全冷却，再重新各夹一根火柴，使变阻器接入电路的阻值较小。接通电路，经历时间t 2，R 1上的火柴先被点燃，比较发现t 2小于t 1. 由此推理，在电阻和通电时间相同的情况下，_______越大，产生的 _越多。