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让更多的孩子得到更好的教育
焦耳定律（基础）
撰稿：肖锋 审稿：雒文丽
【学习目标】
1、知道电流的热效应；
2、理解焦耳定律，知道电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关；
3、知道电热的利用和防止。
【要点梳理】
要点一 、电流的热效应
1．定义：电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
2．影响电流的热效应大小的因素：导体通电时，产生热的多少与电流的大小、导体电阻的大小和通过时
间有关。通电时间越长，电流越大，电阻越大，产生的热量越多。
要点诠释：电流通过导体时，电流的热效应总是存在的。这是因为导体都有电阻。导体通电时，由于
要克服导体对电流的阻碍作用，所以要消耗电能，这时电能转化成内能。如果导体的电阻为零，电流通
过导体时，不需要把电能转化成内能，这时电能在导体中传输时也不会因发热而损失。
3. 探究影响电流通过导体产生的热量的因素
（1）电流产生的热量与电阻的关系
如图18.4-2所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度
的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。
两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个
U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么?
实验表明：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（2）电流产生的热量与电流大小的关系
如图18.4-3所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器
内的电阻并联，因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高
度的变化。你看到的现象说明了什么?
实验表明：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越
多。
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要点二、焦耳定律
1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻成正比，跟通电时间成正比。这个
规律叫焦耳定律。
2．公式：Q=I2Rt
要点诠释：焦耳定律的另外两个表达式:
1. 从公式我们能看出，电流通过导体产生的热量受电流的影响最大。
2. 在应用焦耳定律的表达式来解决问题时，应该根据具体情况进行分析选用，例如，当几个导体串
联起来时，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，应用表达式 分析，此时导体产生的热量
与电阻R成正比；当几个导体并联起来时，由于加在导体两端的电压相等，通电时间也相等，应用表达式
分析，此时导体产生的热量与电阻成反比。
3. 几个公式的比较
电功 电功率 焦耳定律 适用范围
基本公式 W=UIt 普遍适用
导出公式 纯电阻电路W=Q
4. 只有在纯电阻电路中可以用电功公式计算电热。因为在纯电阻电路中，电流做的功全部用来产生
热量，此时电功等于电热，即W=Q。而在非纯电阻电路中，电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电
动机工作时，既产生热量又产生机械能，电功等于热量与机械能之和，即W>Q，故此时就不能用电功的公
式来计算电热了。
要点三、电热的利用和防止
1. 电热的利用:日常生产、生活中会经常用到电热，如家用的热水器、电饭煲等，这些都是用电来加热
的设备，叫电热器。
要点诠释：
这些用电器的共同特点就是利用电流做功，将电能转化成内能，使我们获得需要的热量。
有些电器通电时也能产生热量，但是由于不是用电来加热的，所以不能叫电热器(如电视机、电脑等)。
2. 电热的危害:很多情况下，电流通过导体时产生的热量，并不是我们需要的，这时电能白白消耗掉
了，有时还会引起事故甚至灾害，所以要想办法阻止电热的产生。
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要点诠释：
我们说的电热的危害是对于我们的需要来说的，如果产生的热量是我们需要的，那对我们是有利的，反
之就是有害的，如:电视机在工作时产生的热量，在正常观看时是有害的，但当电视机长时间不用时，我
们可以利用电热来驱潮，这时的电热是有利的。
电热器在工作时产生的热量如果过多，也会带来危害，所以我们在正常使用电能产生的热量时，也要注
意安全。
【典型例题】
类型一、基础知识
1、电熨斗通电一段时间后变得很热，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这主要是因为(
)
A．导线的绝缘皮隔热
B．导线散热比电熨斗快
C．通过导线的电流小于通过电熨斗的电流
D．导线的电阻远小于电熨斗电热丝的电阻
【思路点拨】电熨斗和导线串联，通过的电流和通电时间相同，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，电阻越大电流
产生的热量越多，据此分析判断。
【答案】D
【解析】根据焦耳定律Q=I2Rt，导体在电路产生热量的多少取决于电流、电阻和通电时间，电熨斗与导线
在电路中是串联的，电流相等，通电时间也相同，而由于电熨斗的电阻比导线的电阻大得多，通电一段
时间后电熨斗很热，而导线却不怎么热，故选项D正确。
【总结升华】导体在电路产生热量的多少取决于电流、电阻和通电时间。
举一反三：
【变式】某导体通过1A的电流时，在某一段时间内放出的热量是4J，如果通过它的电流增加到2A，在相同
的时间内放出的热量是( )
Ａ．8J Ｂ．16J Ｃ．32J D.64J
【答案】B
【解析】由于Q=I2Rt可知在t、R一定时，Q与I2成正比，电流变为原来的2倍时，Q变为原来的4倍。
2、小强同学为了探究“通电导体产生的热量与电阻的关系”，设计了如图所示的实验(甲、乙两个
相同的烧瓶里装满煤油，玻璃管内液面相同)。
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(1)电阻丝甲与乙采用串联的连接方式，其目的是_________。
(2)已知电阻丝的阻值R >R ，通电一段时间后，_________烧瓶中的玻璃管液面上升较高。
甲 乙
(3)我们保持电源的电压不变，利用该实验装置还可以探究通电导体产生的热量与_________的关
系(写出一种即可)。
(4)上述实验中，用到的科学方法主要是“控制变量法”，请你另举一个平时学习过程中用到这种
方法的实验名称：_________。
【答案】(1)使甲和乙的通电时间和通过的电流相同；
(2)甲；
(3)电流大小(或通电时间) ；
(4)探究电流与电压和电阻的关系。(或探究电阻大小与哪些因素有关的实验等)
【解析】电流通过导体产生的热量与电流的大小、通电的时间、导体电阻的大小都有关，当我们探究产生
的热量与电阻的关系时，要使电流与通电时间相同，把两个电阻串联能很好地达到这一要求；当电流和
通过时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以在通电一段时间后，甲中液面升得更高；在这一装置
中，我们还可以通过滑动变阻器的滑片改变电路中的电流，以某一个电阻为对象还可以探究产生的热
量与电流或热量与电流通电时间的关系；(4)我们在前面探究电阻的大小与哪些因素有关、电流与电压
和电阻的关系等实验时都用到了控制变量法。
【总结升华】当我们在探究影响某物理量大小的因素时，常使其他的相关量保持相同，这种方法称为控
制变量法。学习物理的过程中，我们在很多的探究过程中都会用到这种方法。
类型二、知识运用
3、电动机是将电能转化成机械能的机器，但由于线圈内部有电阻，所以同时还有一部分电能转化成
内能。若一台玩具电动机接在6 V的电源两端，使其正常转动时，通过电动机中的电流为0.3 A；短暂
地卡住电动机转动轴，使其不能转动，通过电动机中的电流为 3A。则这台电动机线圈的电阻为
________Ω，正常转动时的效率是________________。
【思路点拨】当电动机正常转动时，消耗的电能（总功）转化为机械能（有用功）和内能（额外功），转化的
内能可用焦耳定律Q=I2Rt来计算，此时的电动机电流、电压、电阻关系不适用欧姆定律。
当电动机被卡住时，消耗的电能就全部转化为内能，此时的电动机电流、电压、电阻关系适用于欧姆
定律。
【答案与解析】
【总结升华】本题关键在于电动机不是个纯电阻，所以对电动机正常转动和卡住不转的分析计算是不同
的，这个需要同学们注意。
举一反三：
【变式】（2013•西宁）如果电视机，电烙铁和电风扇上都标有“220V，60W”的字样，它们都在额定电压下，
工作相同的时间，三个用电器产生的热量是（ ）
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A．电视机最多 B．电烙铁最多 C．电风扇最多 D．一样多
【答案】B
【解析】三个电器功率一样，即它们消耗的电能一样；电视机主要是把电能转化为声能和光能，电风扇主
要是把电能转化为机械能，只有电烙铁全部将电能转化为热量。
4、某电热水器的工作原理如图所示，(已知两电阻丝的阻值相等，电源
电压保持不变)，它有加热和保温两个工作状态。当开关S 接b ，S 断开时，
1 2
它处于_________状态。此时电路功率为P，当开关S 接a ，S 闭合时，它
1 1 2
处于_________状态，此时电路功率为P，则P:P = _________.
2 1 2
【答案】保温；加热；1:4
【解析】当开关S 接b，开关S 断开时，两个电阻串联在电路中，这时电
1 2
路中的电阻最大，电流最小，电热水器处于保温状态，电路的功率 ；
当开关S 接a，S 闭合时，两个电阻并联，电路的电阻最小，电流最大，电热器处于加热状态，这时电路
1 2
的功率 ，所以P:P =1:4。
1 2
【总结升华】电热器是利用电来加热的设备，工作时将电能转化成内能。有的同学根据焦耳定律Q=I2Rt认
为电阻越大，放热越多，这是错误的，因为在各种连接情况下，电流大小是不等的。
计算电能通过导体产生的热量时，我们要先识别电路的连接方式和工作状态，然后再由相关公式进
行计算。
举一反三：
【变式】 两根阻值相同的电阻丝，分别串联和并联后接在同一电源上，烧开同一壶水所用的时间分别
为t 和t，比较它们大小时，有( )
1 2
A.t >t B.t>t C.t=t D.条件不够，无法判定。
2 1 1 2 1 2
【答案】B
【解析】烧开同一壶水需要的热量是相同的，当两个电阻串联时，总电阻比每一个电阻都要大，当两个
电阻并联时，总电阻比每一个电阻都要小，由 可以知道，当电路两端的电压不变时，电阻越小，通
过的电流越大。由Q=W=UIt可以知道，当Q一定时，对应的通电时间越短，所以t>t。
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