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3.3 电热与电功的关系(L2-L3)

电流的热效应与焦耳定律 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 电热是电流通过导体时因电阻阻碍作用产生的内能,其数值等于电流所做的电功,即 $Q=W$。

从哪来 它建立在 1.2 电功的公式(L2核心计算) 之上。

为什么 从能量转化的角度看,电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程。当电流通过纯电阻导体(如电炉丝、灯泡灯丝)时,电能没有转化为机械能或化学能,而是全部转化为内能(热能)。根据能量守恒定律,消耗的电能(电功 $W$)必然等于产生的热量(电热 $Q$)。因此,在纯电阻电路中,电热与电功在数值上相等,公式 $Q=I^2Rt$ 与 $W=UIt$ 在纯电阻条件下等价。

适合:逻辑推理型、喜欢探究本质的学生** **讲法:能量守恒推导法** 1. **引入
问学生“电风扇转动时,电能变成了什么?”(机械能+少量热能);“电热水壶烧水时,电能变成了什么?”(几乎全是热能)。 2. 对比:指出电热水壶是“纯电阻电路”,电能 $\rightarrow$ 内能,无其他损耗。 3. 推导:因为能量守恒,输入多少电能,就产生多少热能。所以 $W_{电} = Q_{热}$。 4. 结论:既然 $W=UIt$,且 $U=IR$(欧姆定律),代入得 $W=I^2Rt$,这就是焦耳定律在纯电阻电路的表现。
适合:形象思维型、对抽象公式感到困难的学生** **讲法:水流类比法** 1. **类比
把电流比作水流,电阻比作狭窄的水管或水轮机。 2. 现象:水流通过狭窄处(电阻)时,水流分子剧烈碰撞、摩擦,导致水温升高(发热)。 3. 联系:水流克服阻力做的功(电功),全部转化为了水的内能(电热)。 4. 记忆:就像你用力推箱子,做的功全部变成了摩擦热,没有别的去向,所以功=热。
适合:应试导向型、需要快速解题技巧的学生** **讲法:公式适用条件判别法** 1. **核心
强调 $Q=W$ 仅在纯电阻电路成立。 2. 判别:看用电器是否主要将电能转化为内能。 - 是(电热器、白炽灯):$Q=W=UIt=I^2Rt=\frac{U^2}{R}t$,四个公式通用。 - 否(电动机、充电器):$W > Q$。此时 $W=UIt$(总功),$Q=I^2Rt$(热功),$W_{机}=W-Q$。 3. 口诀:“纯阻全变热,非纯分三份(热、机、其他)”。
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练一道
基础题
一个标有“220V 1000W”的电热水壶,正常工作 5 分钟,求产生的热量。
变式
一台电动机线圈电阻为 $2\Omega$,正常工作时两端电压为 220V,通过电流为 10A。求 1 分钟内:(1) 消耗的电能;(2) 线圈产生的热量;(3) 转化的机械能。
试试手自己判
检测题
某电吹风在吹热风时,电热丝和电动机同时工作。若电吹风消耗的总电能为 $W$,电热丝产生的热量为 $Q_1$,电动机线圈产生的热量为 $Q_2$,则 $W$、$Q_1$、$Q_2$ 的关系是? A. $W = Q_1 + Q_2$ B. $W > Q_1 + Q_2$ C. $W < Q_1 + Q_2$ D. 无法确定
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 学生能指出电吹风是非纯电阻电路(包含电动机)。
2. 学生能解释 $W$ 包括电热丝热量 $Q_1$、电动机线圈热量 $Q_2$ 以及电动机输出的机械能(风能)。
3. 因此 $W = Q_1 + Q_2 + W_{机}$,故 $W > Q_1 + Q_2$。
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