2020学年高中物理5 焦耳定律

2020学年高中物理5 焦耳定律

‎5　焦耳定律 ‎ 教学建议 教科书根据功和能的关系,从电能的转化引入电功概念,然后根据静电力做功的知识和电流与电荷量的关系得到了电功的计算公式。教学中可以引导学生对用电器中的能量转化进行讨论,这样有利于学生理解电功的物理意义。‎ ‎(1)从静电力做功的角度去考虑问题。电流通过用电器的过程中,消耗了电能,同时产生了其他形式的能,这个能量转化的过程就是电流做功的过程。实质上,就是静电力做功,电势能减少,增加了其他形式的能的过程。在转化的过程中,能量是守恒的。‎ ‎(2)功是能量转化的量度,电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,即电功等于电路中电能的减少,这是电路中能量转化与守恒的关键。‎ ‎(3)推导电功的公式时,在时间t内,相当于把电荷q由电路的一端移到另一端,移动电荷所做的功是W=qU=IUt。‎ ‎(4)不同的用电器电流做功(消耗电能转化为其他能)的快慢不同,引入电功率概念P=,还可以跟速度等概念进行类比,帮助学生理解。要让学生知道用电器额定功率的含义,并让学生对常见用电器的额定功率有一个大致的了解。‎ 电路中电流做功,将电能转化为其他形式的能,其中很常见的就是内能,但是很多情况下,电路消耗的电能不能全部转化为内能。教师可以用电动机作为例子,引导学生进行讨论。电动机消耗的电能(电功)转化为机械能和内能两部分。‎ 让学生清楚,对于非纯电阻电路,电功和电热不相等。这时可以从能量守恒角度来考虑问题。‎ 参考资料 焦　耳 焦耳最初的研究方向是电磁机,他想将父亲酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年,焦耳组装了用电池驱动的电磁机,但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池,而锌的价格昂贵,用电磁机反而不如用蒸汽机合算。焦耳的最初目的虽然没有达到,但他从实验中发现电流可以做功,这激发了他进行深入研究的兴趣。‎ ‎1840年,焦耳把环形线圈放入装水的试管内,测量不同电流和电阻时的水温。通过这一实验,他发现:导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流的二次方之积成正比。4年之后,俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果,从而进一步验证了焦耳关于电流热效应结论的正确性。因此,该定律称为焦耳—楞次定律。‎ 焦耳总结出焦耳—楞次定律以后,进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感应电流产生的热在本质上应该是一致的。1843年,焦耳设计了一个新实验:将一个小线圈绕在铁芯上,用电流计测量感应电流,把线圈放在装水的容器中,测量水温以计算热量。这个电路是完全封闭的,没有外界电源供电,水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果,整个过程不存在热质的转移,这一实验结果完全否定了热质说。‎ 上述实验也使焦耳想到了机械功与热的联系,经过反复的实验、测量,焦耳终于测出了热功当量。但结果并不精确。1843年8月21日在英国学术会上,焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》。他的报告没有得到支持和引起强烈的反响,这时他意识到自己还需要进行更精确的实验。‎ ‎1869年10月11日‎,焦耳在索福特逝世。后人为了纪念焦耳,把功和能的单位命名为焦耳。‎