探析焦耳定律实验的五个问题

一、初中物理焦耳定律的应用问题1．如图是“探究影响电流热效应因素”的实验装置图。

其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量、初温相同的煤油，阻值不同的电阻丝1R、2R。

关于此电路说法中正确的是A．探究的是电流产生的热量与电压的关系B．温度计示数变化大的烧瓶内电阻丝电阻小C．通电时间相同时两个烧瓶内电阻丝产生的热量相同D．温度计示数变化的大小反映电流产生热量的多少【答案】D【解析】【详解】A．实验用不同阻值不同的电阻丝串联在一起，探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；B．温度计示数变化大的烧瓶内电阻丝电阻大，故B错误；C．通电时间相同时，烧瓶内电阻丝阻值大产生的热量多，故C错误；D．本实验通过温度计示数变化的大小来反映电流产生热量的多少，故D正确。

2．图中电源电压保持不变，灯泡标有"6V，3W字样，当开关s闭合时.灯泡L正常发光，电流表的示数为0.8A，则电阻R=____Ω．.通电10s. R产生的热量为______J.【答案】20Ω 18J【解析】【分析】【详解】当闭合开关S时，灯L正常发光，说明电源电压为U=6V，电流表测的是总电流，则I=0．8A，由P =UI 可知，灯泡中的电流：I L =P 额/U 额=3W/6V=0.5A ，根据并联电路的干路电流等于各支路电流之和可知：电阻中的电流:I R =I-I L =0.8A-0.5A=0.3A ，由I =U/R 得,电阻:R =U /I R =6V/0．3A=20Ω；通电1min 电阻R 产生的热量：Q =W =UI R t =6V×0．3A×10s=18J 。

3．如图甲所示，为额定电压为 6V 的灯泡 L 的 I -U 图像．如图乙所示的电路，电源电压 12V 不变，R 1 为定值电阻，R 2 为滑动变阻器，闭合开关 S 1，滑片 P 从最右端移动到最左端，电压表示数变化范围为 2V~6V ，则灯泡的额定功率是____W ，R 1 的阻值为_____Ω，滑动变阻器 R 2 两端的最大电压为_____V ，移动滑片 P 使R 2 接入电路的阻值为变阻器最大阻值的 7/15，通电 1min R 2 产生的热量为_____J 。

一、初中物理焦耳定律的应用问题1．如图是科技小组为养鸡场设计的调控光照和室温设备的电路图。

此设备的作用是，夜晚对鸡舍内加温，同时增大光照量，白天只进行适当保温，不进行灯光照射，可增大鸡的产蛋量。

电路图中R 1、R 2，是电热丝，L 为照明灯泡（L 的电阻不随温度变化），1212R R R ==。

S 1、S 2，同时断开或闭合，以实现白天和夜晚的用电要求。

开关S 闭合时，下列说法错误（ ）A ． S 1、S 2同时断开时，设备运行处于白天用电状态B ． S 1、S 2同时闭合时，设备运行处于夜晚用电状态C ． S 1、S 2同时断开时，在相同时间内和产生的热量之比为2∶1D ． S 1、S 2同时闭合时，若电流表示数为6A ，则的实际功率为880W【答案】C【解析】【分析】【详解】S 闭合，S 1、S 2同时断开时，R 1、R 2组成串联电路，灯泡L 断路不发光，且电路中的电阻最大，由公式2U P R=可知，此时电路中的电功率最小，为保温状态，所以是白天在相同时间内R 1、R 2产生的热量之比22221212Q Q I Rt I R t R R ====∶∶∶ 开关S 、S 1、S 2同时处于闭合状态，R 2被短路，R 1和灯泡L 组成并联电路，灯泡L 发光，且电路中的电阻最小，由公式2U P R=可知，此时电路中的电功率最大，为加热状态，所以是晚上，因为U I R=，所以 112L R R =∶∶ 所以L L112 1I I R R ==∶∶∶ 因为R 1= 6A所以I 1=4AI 2=2A因为1L 220V U U U ===所以11220V 4A 880W P UI ==⨯=故选C 。

2．有一台电动机，额定电压3V ，额定电流1A ，电动机线圈电阻0.5Ω。

这台电动机正常工作1min ，消耗的电能为_______J 。

产生的热量为_______J ，输出的机械能为_______J 。

【答案】180 30 150【解析】【分析】根据=W UIt ，求出消耗的电能；根据 2Q I Rt =求出在1min 内电流产生的热量；消耗的电能减去产生的热量即为电动机获得的机械能。

对焦耳定律演示实验的探讨
《对焦耳定律演示实验的探讨》
焦耳定律是物理学中一个重要的定律，它描述了光在反射和折射时的行为。

通过演示实验，可以更好地理解这一定律。

首先，需要准备一个容器，在容器中倒入水，然后将一个光源放置在容器的底部，使光线垂直射入水中。

接下来，将一个半球形透镜放置在容器中，使其位于光源与水面之间，观察光线在透镜上的反射和折射现象，并记录下来。

结果表明，光线在透镜上发生了反射和折射，反射后的光线与入射光线的角度相等，而折射后的光线则满足焦耳定律，即折射角的正切值等于折射介质的折射率与入射介质的折射率的比值。

以上演示实验证明了焦耳定律的正确性，也为我们更好地理解焦耳定律提供了有力的证据。

焦耳定律初中物理教案及反思教学目标知识目标1.知道电流的热效应.2.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其运用.能力目标知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法.情感目标通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学，勇于克服困难的信念.教学建议教材分析教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系，这样做的好处是体现物理研究问题的方法，在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法，避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难.在实验基础上再去推导学生更信服.同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识.做好实验是本节课的关键.教法建议本节课题主题突出，就是研究电热问题.可以从电流通过导体产生热量入手，可以举例也可以让学生通过实验亲身体验.然后进入定性实验.对焦耳定律内容的讲解应注意学生对电流平方成正比不易理解，可以通过一些简单的数据帮助他们理解.推导中应注意条件的交代.定律内容清楚后，反过来解决课本中在课前的问题.本周一，下午第五节课，我在高二111班开了一堂公开课，课题为《焦耳定律》，高二物理组的老师全部参加了听课，下面我把这节课的教学反思向大家汇报如下本节课应该抓住了电功和电热两个基本概念，教材从实验和理论两个角度研究了电热与电流、电阻和时间的关系，这样做的好处是体现物理研究问题的方法，在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法，避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难.在实验基础上再去推导学生更信服.同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识.根据学生实际和课程标准的要求进行设计，通过学生的观察和生活经验，提出问题，进行分析，共同归纳总结。

教学中应该充分地相信学生，给学生活动的空间，真正的让学生成为学习的主人，在实验的过程中学生也可能提出许多问题，教学中一定要发挥学生的主体作用，尤其是在大力提倡科学探究的今天。

一、初中物理焦耳定律的应用问题1．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．电流比别处大，产生的热量多B．电流比别处小，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【答案】D【解析】【分析】由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。

导线相互连接处因为接触不良，易造成电阻变大，因为导线连接处与其他导线串联在电路中，通电时间是相同的，由焦耳定律可知电阻大的产生的热量越多，据此分析。

【详解】在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，在电流、通电时间相同时，产生的热量较多，往往比别处更容易发热，甚至引起火灾。

故选D。

2．如图甲所示，为额定电压为 6V 的灯泡 L 的I-U 图像．如图乙所示的电路，电源电压 12V 不变，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，闭合开关 S1，滑片 P 从最右端移动到最左端，电压表示数变化范围为 2V~6V，则灯泡的额定功率是____W，R1的阻值为_____Ω，滑动变阻器R2两端的最大电压为_____V，移动滑片 P 使R2接入电路的阻值为变阻器最大阻值的7/15，通电 1min R2 产生的热量为_____J。

【答案】3.6 10 6 105【解析】【分析】【详解】[1]由灯泡L的I- U图象可知，当额定电压U= 6V时，灯泡的额定电流I= 0.6A，则灯泡额定功率==⨯=P UI6V0.6A 3.6W[2]当滑片P在在最左端时，变阻器没有连入电路，电压表示数为6V，由图象可知，这时电路中的电流为I 大=0.6A由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压L 1U U I R =+大即112V 6V 0.6A R =+⨯解得110R =Ω[3]由电路图可知，当滑片P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，R 1与R 2灯泡串联，电 压表测灯泡两端电压，此时电压表示数最小，为U 小= 2V由图象可知，这时电路中的电流为I 小= 0.4A由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压12L U U I R U =++小小滑动变阻器R 2两端的最大电压212V 2V 0.4A 106V U =--⨯Ω=[4]当滑片P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，通过的电流为I 小= 0.4A则此时滑动变阻器的阻值为226V =150.4AU R I ==Ω小 移动滑片 P 使R 2 接入电路的阻值为变阻器最大阻值的 7/15，则此时滑动变阻器的阻值为 '2715715R =⨯Ω=Ω 则'''L 12U U I R I R =++由图分析可知，当电流'=0.5A I ，灯泡两端电压U L =3.5V 时，等式12V 3.5V+0.5A 10Ω+0.5A 7Ω=⨯⨯成立，即此时通过R 2的电流为0.5A ，则通电1min R 2 产生的热量为()2'2'20.5A 7Ω60s=105J Q I R t ==⨯⨯放3．如图所示当甲电路中的开关S 闭合时，两个电压表所选量程不同，测量时的指针位置均为如图乙所示，则电阻R 1两端的电压为______V ，R 1∶R 2=______，当电阻R 1、R 2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R 1、R 2所产生的热量之比Q 1∶Q 2=_______。

焦耳定律-难点剖析一.电功和电热的区别与联系1.功是能量转化的量度，同样，电功是电能转化为其他形式的能的量度.电热是电能转化为内能的量度.可见电功与电热是两个不同的物理量.因此电功的定义式是W=IUt ，电热的定义式是Q=I 2Rt. 2.从能量转化的角度分析，电功与电热的数量关系为：W ≥Q ，即IUt ≥I 2Rt.在纯电阻电路中，如白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁等构成的电路，电流做功全部转化为内能，电功等于电热，欧姆定律成立，即W=Q 或IUt=I 2Rt;在计算电热和电功时，可采用W=Q=IUt=RU 2t=Pt中的任一形式进行计算.在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽、给蓄电池充电、日光灯等，电流做功除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W ＞Q 或IUt ＞I 2Rt.此种情况下，欧姆定律不成立，电功只能用公式W=IUt 进行计算，电热只能用公式Q=I 2Rt 计算.【例1】一根电阻丝，通过2 C 电荷量所消耗的电能是8 J ，若在相同的时间内通过4 C 的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是（ ）A.4 V ，16 JB.8 V ，16 JC.4 V ，32 JD.8 V ，32 J 思路分析：我们利用W=qU 可求出电压U 1，再由I=t q =RU可以求出U 2，然后利用W=qU 求W 2. 解析：设电阻丝电阻为R ，开始所加电压为U 1，则W 1=q 1U ，即8=2U 1，所以U 1=4 V. 设后来所加电压为U 2，产生的热量为W 2，则I 2=RU t q 22= ① I 1=RU t q 11= ② 由①②得U 2=12q q U 1=8 VW 2=q 2U 2=32 J. 答案:D温馨提示：此题是电流、欧姆定律及电功的综合应用题，分析时要分清题目的两层含义，找出内在联系，答案是不难求出的.【例2】一台电动机电阻为0.5 Ω，正常工作时通过的电流为20 A ，在10 s 内转化的机械能为4.2×104J ，求：在这10 s 内电流做了多少功？电动机产生的热量为多少？思路分析：电动机正常工作时是非纯电阻用电器，电功和电热的公式不能通用.由于不知道加在电动机两端的电压,W=IUt 求电功.但我们可以先计算电热，然后再根据能量守恒求电功.解析：先计算电热，Q=I 2Rt=2.0×103J ，现根据W=Q ＋E 机，故W=2.0×103J ＋4.2×104J=4.4×104J. 答案：4.4×104J 2.0×103J温馨提示：在非纯电阻电路中，电功W=IUt 中的电压U ≠IR ，原因是加在电动机两端的电压有两个贡献：①使导体的电阻发热;②使电动机转动起来.U=IR 只对纯电阻电路成立. 二、电功率和热功率的区别与联系1.区别：电功率是指输入某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，决定于这段电路两端电压U 和通过的电流I 的乘积.热功率是指在这段电路上因发热而损耗的功率，其大小决定于通过这段导体中电流的平方和导体电阻的乘积.2.联系：对于纯电阻电路，电功率等于热功率，计算时可用P=IU=I 2R=RU 2中任一形式进行计算.对非纯电阻电路，电路消耗的电功率等于热功率与机械功率等其他形式的功率之和，即电功率大于热功率. 【例3】额定电压都是110 V ，额定功率P A =100 W ，P B =40 W 的A 、B 两灯，接在220 V 的电路中，使电灯均正常发光.能使电路消耗的电功率最小的电路是图2-5-1中的（ ）图2-5-1思路分析：两灯正常发光，两灯的实际电压等于其额定电压，由P=RU 2可知R A <R B ，根据串联分压关系，A图中有U A <110 V 、U B >110 V ，两灯不能正常工作，所以A 错.图B 中A 和变阻器并联后的电阻比A 电阻还要小，即仍有U A <110 V 、U B >110 V ，所以B 错.C 和D 图中两灯电压均有可能为110 V ，此时再看电路消耗的功率，C 图中灯A 消耗功率100 W ，灯B 和变阻器并联后的阻值与灯A 相等，所以电路消耗的总功率为200 W ，D 图中A 、B 两灯并联后的阻值与变阻器相等,所以变阻器消耗的功率为140 W ，电路消耗的总功率为280 W. 答案：C温馨提示：此类问题的思路分两步：①先分清哪个电路的A 、B 灯能正常发光，这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值，其余两个也达到额定值方面分析.②确定了正常发光的电路后，再比较哪一个的实际功率小.可以用计算的方法去比较，也可以用定性分析法比较.【例4】有一个直流电动机，把它接入0.2 V 电压的电路中，电机不转，测得流过电动机的电流为0.4 A ，若把电动机接入2.0 V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A.求电动机正常工作时的输出功率是多大?如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大?思路分析：对这个题我们要注意两点：①是当电动机不转时就相当于一个纯电阻，欧姆定律成立.而它正常工作时就不再是纯电阻了，欧姆定律也不再成立.②是电动机的输出功率等于它消耗的电功率减去它的发热功率.解析：当电动机接入电压为0.2 V 电路时，电动机不转，此时电动机仅相当于纯电阻.设其电阻为R ，由欧姆定律得：R=4.02.011I U Ω=0.5 Ω 当电动机接入2.0 V 电路中时，电动机正常工作，此时电动机消耗功率P=U 2I 2=2.0×1.0 W=2.0 W 电动机的电热功率P 热=I 22R=0.5 W电动机的输出功率P 出=P-P 热=2.0 W-0.5 W=1.5 W如果正常工作时转子突然被卡住，则电动机相当于纯电阻R ，其上电压即U 2，所以电动机的发热功率P 热′=I ′2R=5.00.2222=R U W=8 W.此时电机将要被烧毁. 答案:1.5 W 8 W温馨提示：要从能量转化的角度认识清楚纯电阻电路和非纯电阻电路的区别.当电动机不转时，消耗的电能全部转化为内能，实际上就是纯电阻电路.当电动机转动时，消耗的电能转化为内能和机械能，此时电路为非纯电阻电路. 三、额定功率和实际功率用电器的额定功率是用电器长期正常工作时的最大功率，也是用电器在额定电压或额定电流下工作的功率，即P 额=U 额I 额.对于纯电阻用电器：P 额=I 额2R=RU 2额.用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率.为保证用电器正常工作，要求实际功率不能大于其额定功率.【例6】额定电压为220 V ，额定功率为40 W 的灯泡，它的灯丝电阻为多少?如果把这只灯泡接在电压为110 V 的电路上，灯泡的实际功率为多少?(假设灯丝电阻不变)思路分析：首先要清楚灯泡是个纯电阻用电器，其功率可由P=RU 2求.再就是要抓住灯泡的电阻是个定值，所以我们可以先由额定功率求出灯泡的电阻，然后再求出它的实际功率.解析：由于P=RU 2，所以灯泡的电阻R A =4022022=额额P U Ω=1 210 Ω当灯泡所加电压为110 V 时，不是在额定电压下工作，所以，这时灯泡的实际功率不是40 W ，而应按实际所加的电压进行计算，有P 实=121011022=R U 实W=10 W. 答案:1 210 W 10 W温馨提示：额定功率是指用电器在额定电压下的功率，当电压不足额定电压时，用电器的功率不等于额定功率，其实际功率要根据实际电流、电压计算.另外，不管是在额定功率下，还是在实际功率下，灯泡的电阻是不变的.【例6】将两个灯泡A （220 V 100 W ）、B （220 V 25 W ）串联后接在电路PQ 段，如图2-5-2所示，为使两灯泡都安全使用，在PQ 段所加电压的最大值是多少？PQ 段电路允许消耗的最大功率是多少？图2-5-2思路分析：由于A 、B 串联，所以通过A 、B 的电流相等,分别求出A 、B 的电阻和A 、B 的额定电流.PQ 两端所加电压的最大值应等于A 、B 的总电阻乘以A 、B 中较小的额定电流.同理可得最大功率.解析：由P=R U 2可得：R A =A P U 2=484 Ω,R B =BP U 2=1 936 Ω由P=UI 知：I A =220100=U P A A I B =22025=U P B A 则U m =(R A +R B )I B =(484+1 936) Ω×22025A=275 V P m =I B 2(R A +R B )=31.25 W. 答案:275 V 31.25 W温馨提示：两灯泡串联时，电路中所允许通过的最大电流是两灯泡中较小的额定电流.而两灯泡并联时，电路中所允许加的最大电压是两灯泡中较小的那个额定电压.。