【内容综述】

　　焦耳定律是一个实验定律，它是科学家焦耳在做了大量实验的基础上总结出来的。它揭示了电流通过导体产生热量的大小与电流、导体的电阻、通电时间的关系。利用电流的热效应制成的电热器，在生产和生活中有广泛的应用。

　　【要点讲解】

　　1．正确理解和使用焦耳定律

　　焦耳定律是一个实验定律，它的适用范围很广。遇到电流热效应的问题时，例如要计算电流通过某一电路时放出热量；比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律。

　　从焦耳定律公式可知，电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。

　　若电流做的功全部用来产生热量。即

　　， 而。

　　根据欧姆定律，有

　　需要说明的是和不是焦耳定律，它们是从欧姆定律推导出来的，只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立。对电炉、电烙铁、电灯这类用电器，这两公式和焦耳定律是等效的。分析解决由电流通过用电器的放热问题时，应有，这样可以减少错误。

　　使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。

　　例题1．一个标有“220V 800W”的电炉，在正常工作时，它的电阻是多少欧姆？电流强度是多少安？通电2小时产生的热量是多少焦耳？消耗多少度电？

　　分析与解答：

　　根据铭牌所示的额定功率与额定电压，可计算出电炉的电阻及正常工作时的电流；又知通电时间，运用焦耳定律便可求出电炉产生的热量。因为电流通过电炉所消耗的电功全部转化成了内能，所以W=Q，即可求出电流所做的电功。

　　根据得

　　因为W=Q，所以电炉上消耗的电能为

　　（度）

　　答：电炉正常工作时的电阻为60.5欧，电流强度是3.6安。通电2 小时产生的热量是焦。消耗的电能是1.6度。

　　说明：初中的电学计算题都是对纯电阻的电路计算。电流通过纯电阻时，电能转化成热能，用，Q=UIt，Q=Uq，计算都是等效的，且W=Q。但是，在涉及有电机等其它非纯电阻的电路计算中，用以上公式就不等效了。只有公式，无论在哪种条件下，计算热量都是正确的。所以，此题还有下列解法：

　　2．在串联、并联电路中电流通过导体产生的热量跟导体电阻间的比例关系。

　　（1）在串联电路中，因为通过导体的电流相等。通电时间也相等，根据焦耳定律，可知导体产生的热量跟电阻成正比。即

　　（2）在并联电路中，因为导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据，可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。即

　例题2．如图1所示的演示实验中，电阻丝，接通电源后，用两根相同的火柴分别与两条电阻丝接触，则两根火柴点燃的次序是 [ ]

　　A．同时点燃

　　B．上的火柴先点燃

　　C．上的火柴先点燃

　　D．条件不足，无法判断

　　分析与解答：两根电阻丝串联，串联电路通过电阻与的电流相等，且通电时间相等。根据。电流通过导体产生的热量跟电阻成正比。且，。所以，即在电阻上产生的热量多，所以上的火柴先点燃。

　　正确答案为“B”

　　例题3．有甲、乙两根电阻丝，将甲单独接在电源上，10分钟产生热量Q；将乙单独接在电源上，15分钟产生热量Q。电源电压不变，若将两电阻丝串联接在电源上，经多长时间两电阻丝共产生热量Q；若并联接在电源上，经多长时间两电阻丝共产生热量Q。

　　分析与解答：由于电源电压不变，电阻丝为纯电阻，所以选择公式进行分析比较方便，因为电流通过导体产生的热量都是Q，则：

　　得： 即

　　可得

　　两电阻丝串联接同一电源，产生的热量仍为Q，则：

　　两电阻丝并联接同一电源，产生的热量仍为Q，则：

　　 并联

　　得：

　　。

　　答：若产生相同的热量Q，两电阻丝串联时需加热25分钟，两电阻丝并联时需加热6分钟。

　　说明：从计算结果很清楚地可以看出，当电压一定，产生热量相同时，根据。通电时间与电阻R成正比。

　　3．在串联、并联电路中电流通过导体产生的热量的特点

　　（1）在串联电路中，若电流通过电阻产生的热量为，通过电阻产生的热量为，电流在与串联的电路中产生的总热量为Q。则

　　（2）在并联电路中，支路两端的电压相等，如果通电时间相等，且电流所做功将电能全部转化为内能，则

　　即无论在串联还是在并联电路中，电流通过电路产生的总热量等于各电阻产生的热量之和。

　例题4．某校师生为了开展科学实验，自制一台电烘箱，用来烘干仪器，如图2所示，电路由电热丝（其阻值为）和灯泡（其阻值为）组成，已知电路两端的电压为U，通过灯泡的电流为I，求电热丝在t秒内产生的热量，请写出不同的表达式。（不考虑温度对电阻的影响）

　　分析与解答：、为纯电阻，且串联。根据串联电路的特点、、，再结合欧姆定律，焦耳定律以及能量转化Q=W，可用多种方法表达产生热量的关系式。

　　（1）直接用焦耳定律

　　（2）用能量转化

　　（3）电路产生的总热量与产生的热量差：

　　或

　　（4）

　　说明：从不同角度、不同侧面解答问题。即一题多解有利于理解知识点的内在联系。解题方法灵活多样，避免思维僵化和单一。有助于激发学习的潜能，提高解题能力。

　　4．电热器的基本构造和使用注意事项

　　电热器主要由发热体和绝缘部分组成。发热体是用电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘材料上做成的。它的主要作用是让电流通过它时发热。绝缘部分的作用是将通电的合金丝和电热器的外壳隔绝起来，防止漏电。

　　使用电热器时，主要应注意工作电压和额定电压是否相同。若工作电压过高，电热器产生的热量过多，电热器可能被烧毁；若工作电压过低，电热器不能正常工作。另一方面，要注意电热器的绝缘部分性能是否良好，要防止使用时发生触电事故。

　　例题5．在电源电压不变时，为了使电炉在相等的时间内增加电热丝的发热量，可采取的措施是 [ ]

　　A．增大电热丝的电阻

　　B．减小电热丝的电阻

　　C．在电热丝上并联电阻

　　D．在电热丝上串联电阻

　　分析与解答：有的同学认为应选“A”，根据焦耳定律，导体上放出的热量跟电阻成正比，所以增大电阻，就可以增加产生的热量。这个结论的错误原因是对焦耳定律的理解不够全面。焦耳定律所阐述的导体上放出热量和某一量的比例关系是在其他量不变的条件下才成立，如在电流强度和通电时间都不变时，导体上放出的热量和电阻成正比。按题意，通电时间是相同的，但由于电源电压不变，通过电热丝的电流强度随电阻的增大而减小。若根据去分析判断，不易得出正确结论。而在电压一定的条件下，选择分析，就很容易得出结论。在电压、通电时间一定的条件下，导体上产生的热量Q与导体的电阻成反比，减小电热丝的电阻才可增大电通过时产生的热量。因此选项“B”是正确的。

　　在电热丝上并联电阻，并联后总热量会增加，但对电热丝而言，由于它的电阻和电压都不变，在相同时间内，产生的热量与原来相同，不会增加，所以“C”是错误的。

　　本题的正确答案应为“B”