活學活用 焦耳定律

張北春

焦耳定律反映了電流熱效應的規律。本知識點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，電功與電熱的區別。下面我們就從這幾方面來學習焦耳定律。

一、焦耳定律的概率

1.焦耳定律

焦耳通過大量實驗精確地確定了電流產生熱量跟電流強度、電阻和時間的關系：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。可以用公式Q=IRt來表示。它適用于任何用電器熱量的計算。

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

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

答案：4400

2.電流的熱效應

電流的熱效應是指當電流通過導體時，電能轉化成內能的現象。各種用電器里都有導體，所以只要用電器通電。就會發熱。

例2 夏天，小芳家常用如圖1所示的“電熱驅蚊器”驅蚊，它是利用電流的____效應工作的。發熱元件是一個阻值為1000Ω的電阻，接在照明電路中通電100s產生的熱量為____J。

解析：“電熱驅蚊器”是利用電流的熱效應來工作的。通電100s產生的熱量Q=W=Ut/R=4840J。

答案：熱 4840

二、電熱的影響因素

電流產生熱量的多少，與電阻、電流和通電時間有關，研究其中一個因素對產生熱量的影響關系時，需要保持另外兩個物理量不變。這里采用的是控制變量法。

例3 小強和小蕓利用如圖2所示的裝置探究電流通過導體產生的熱量與導體電阻大小的關系。圖中兩個燒瓶內盛有質量和溫度都相同的煤油，煤油中都浸泡著一段粗細、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）實驗前，他倆的猜想可能是：①____；②____。

（2）閉合開關后，通過兩段金屬絲中的電流（填“相等”或“不相等”）。

（3）經過一段時間后，他倆觀察到A瓶中溫度計的示數小于B瓶中溫度計的示數，由此可以得到的結論是____。

（4）本實驗采用的物理研究方法是____。

解析：因為兩段金屬絲串聯在電路中，所以電流相等；由溫度計示數的不同可以確定電流通過導體產生的熱量與電阻有關系，電阻大的燒瓶中，溫度計示數高，說明產生的熱量多。本實驗采用了控制變量法，在研究電熱與電阻的關系時，要保持電流和通電時間相同。

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

三、電熱的利用和防止

電熱雖然對我們有利，但電熱有時是有害的，用電器工作時如果溫度過高，會造成危害，要考慮如何散熱。電視機上的散熱孔，電腦里的散熱風扇等都是有效防止電熱危害，及時散熱的措施。

例4 （2014·南京）電熱毯內的電阻絲斷了，如果將電阻絲的兩個斷頭接上后繼續使用，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

B.接觸電阻較大，它與電阻絲的其他部分并聯

C.接觸電阻較小，它與電阻絲的其他部分串聯

D.接觸電阻較小，它與電阻絲的其他部分并聯

解析：電熱毯內的電阻絲斷了，將電阻絲的兩個斷頭接上后，接頭處是兩根導線相連，由于接觸的部位很少，很細，電阻就較大，它與電阻絲的其他部分串聯。根據焦耳定律公式Q=IRt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，溫度越高，因此接頭處燒焦就是因為電阻過大造成的。

答案：A

四、電功與電熱的區別

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化為內能的電路，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化為非內能，另一部分電能轉化為內能的電路，如電動機、電動車等。

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

A.電風扇和電吹風

B.電熱毯和電烙鐵

C.洗衣機和電冰箱

D.電視機和電吹風

解析：電風扇和電吹風都有機械功的輸出，故是非純電阻電器，A錯誤。電熱毯和電烙鐵只發熱沒有機械功的輸出，故是純電阻電器，B正確。洗衣機和電冰箱都不是只發熱，故是非純電阻電器，C錯誤。電視機不是只發熱，還有其他形式能量的轉化，D錯誤。

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，由于和生產、生活聯系緊密，因而在中考中占有相當大的比例，歷年來都是中考的重點和熱點。同學們在學習時需要掌握其重點和難點，領悟其精髓，從而提高解題能力和技巧。

學即用，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S，則R消耗的電功率為____W；若通電30s，電阻R產生的熱量為____J。

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

A.2：3

B.3：2

C.4：9

D.9：4

參考答案

1.0.4 24 2.A

責任編輯/蔡華杰