15.4 探究焦耳定律-【教材解读】2023秋九年级上册初三物理（沪粤版)

第十五章　电能与电功率 ２３７　 M  > M １５．４　探究焦耳定律 知识点一　影响通电导体放出热量的因素 １．电流的热效应 (１)定义:电流通过导体时,导体会发热的现象,叫做    d电流的热效应. (２)理解:电流的热效应是一种普遍现象,只要用电器 对电流有阻碍作用,电流通过用电器时就会发热,就 会有电能转化为内能. ２．探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关 【猜想与假设】 电流通过导体产生热的多少可能跟导体的电阻、通过 导体的电流以及通电时间有关. 【设计并进行实验】 (１)探究导体产生的热量跟电阻的关系. 如下图所示,甲、乙两个烧瓶中的电阻丝的电阻R１、 R２ 分别为５Ω和１０Ω,两个瓶中装有等量的煤油. 原理图 　 实验装置图 通电前,先记下瓶中煤油的初始温度t０;通电后,每经 过相同时间(如１min),就读出两支温度计的示数,并 将数据填写在表中. 　　　温度t/℃ 电阻R/Ω　　 t０ t１ t２ t３ t４ R１＝５ ２０ ２３ ２５ ２８ ３０ R２＝１０ ２０ ２５ ３０ ３６ ４１ *"') 电流的热效应在生活中的应用 如图所示的用 电 器 均 是 利用电流的热效应来工作的, 即都是把电能转化成内能的. .4 控制变量法和转换法的应用 (１)探究电流通过导体时 产生热量的多少与电阻的关 系时,要控制电流和通电时间 相等;探究电流通过导体时产 生热量的多少与电流的关系 时,要 控 制 电 阻 和 通 电 时 间 相等. (２)通电导体产生热量的 多少是不能直接观察的,但我 们可以利用转换法通过观察 煤油升高的温度来判断导体 产生热量的多少. 物理　九年级　上册 ２３８　 -@? 在探究导体产生 热 量 跟 电阻的关系时,也可以用下图 所示的实验装置.两个透明 容器中密封等量的空气,左右 两容器中电阻丝的阻值不同 (左边５Ω,右边１０Ω),一定 时间后,U 形管中液面高度的 变化可以更直观地反映密闭 空气温度的变化,进一步得出 导体产生热量跟电阻的关系. 在探究导体产生 热 量 跟 电流的关系时,把上图中１０Ω 的电阻丝换成两个５Ω 的电 阻丝,并将这两个电阻丝并联 (一个电阻丝放在容器外),如 下图所示,一定时间后,通过 U 形管中左右液面高度的变 化情况即可得出导体产生热 量跟电流的关系. 
? 分析实验数据可得①当通电时间相同,电流大小一定 时,导体的电阻越大,产生的热量就越多;②通电时间 越长,产生的热量就越多. (２)探究导体产生的热量跟电流的关系. 将上述实验装置中的甲瓶拆除,另取一滑动变阻器与 乙瓶串联接在电路中,如下图所示,用滑动变阻器改 变通过电阻丝的电流,并测量电流值. 原理图 　 实验装置图 通电前,先记下瓶中煤油的初始温度t０;通电后,保持通 过电阻丝的电流为一定值(如０．２A),每经过相同时间 (如１min),就读出温度计的示数,将数据填写在表中. 使煤油冷却至温度t０,再次通电,并使通过电阻丝的 电流为另一定值(如０．４A),每经过相同时间(如 １min),就读出温度计的示数,将数据填写在表中. 　　　温度t/℃ 电流I/A　　 t０ t１ t２ t３ t４ I１＝０．２ ２０ ２２ ２４ ２６ ２９ I２＝０．４ ２０ ２５ ３０ ３６ ４２ 分析实验数据可得①当通电时间相同,电阻一定时, 通过导体的电流越大,产生的热量就越多;②通电时 间越长,产生的热量就越多. 【实验结论】 通电导体产生的热量跟导体的电阻、导体中的电流以 及通电时间有关.通电时间越长,导体的电阻越大, 通过导体的电流越大,产生的热量也就越多. 知识点二　焦耳定律 > M  A １．内容:电流流过导体时产生的热量,跟电 流的平方成正比,跟导体的电阻成正比, 跟通电的时间成正比. 第十五章　电能与电功率 ２３９　 ２．公式:Q＝I２Rt 公式中各符号的意义及单位如下表所示: 符号 意义 单位 Q 电流通过导体产生的热量 焦(J) I 通过导体的电流 安(A) R 导体的电阻 欧(Ω) t 通电时间 秒(s) ３．公式的理论推导 当电流通过导体做功时,如果电能全部转化为内能, 而没有转化成其他形式的能量,则电流产生的热量Q 等于电流做的功(消耗的电能)W,即 Q＝W＝UIt. 又由欧姆定律I＝ U R 得U＝IR,所以Q＝W ＝UIt＝ IR􀅰It＝I２Rt. 在消耗的电能全部用来产生热量的情况下,根据电功 的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定 律一致. ４．理解和应用焦耳定律应注意的四个问题 (１)焦耳定律Q＝I２Rt是由实验总结出来的,只要有 电流通过导体,都可以用它来计算导体所产生的 热量. (２)电流、电阻和通电时间三个量共同影响导体产生 的热量,在描