18.4 焦耳定律 导学案 -2023-2024学年人教版物理九年级全册

第 4节　焦耳定律 课程标准 课程标准(2022年版) 本节要点 通过实验，了解焦耳定律．能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象. 1.通过实例，认识电流的热效应. 2.在实验的基础上得出电热与电流、电阻和通电时间有关，知道焦耳定律．(重点) 3.会用焦耳定律进行计算，会利用焦耳定律解释生活中电热的利用与防治．(重点) 电流的热效应 1．演示实验1：红通通的电炉丝 (1)如图所示，老师将电炉通电，同学们看到了什么？答：电炉丝热得发红． (2)老师把小纸条放到电炉丝上，同学们又看到了什么？答：纸条燃烧起来． (3)请同学体验一下：先用手摸一下导线，再把手靠近电炉丝(注意：手千万不能碰到电炉丝！)，说说你有什么感受？答：感到电炉丝发热，和它串联的导线不发热． 2．电流的热效应 电流通过导体时，导体会发热，将电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应． 3.下列用电器利用电流热效应工作的是(　D　) A．电风扇　　　　 B．电视机　　　　 C．吸尘器　　　　 D．电饭锅 探究电流产生的热量与哪些因素有关 演示实验2：探究电流产生的热量与电阻的关系 实验器材如图所示，思考并回答问题： 实验方法：装置左、右两边的容器里装着等质量的空气，当电热丝通电后，开始加热容器里的空气，空气受热膨胀，推动U形管中的液柱上升，我们通过比较U形管中液面的高度差，就可以比较电热丝发热的多少，这种实验方法叫做转换法． 电路的连接：两个电阻是串联的，这样连接的目的是控制通过两个电阻的电流相等． 实验现象：接通电源，你看到的现象是右边的U形管中液面的高度差大． 实验结论：电流、通电时间相等的情况下，电阻越大，产生的热量越多． 答疑解惑：根据实验结论可知，电炉丝热得发红而导线却几乎不发热的原因是：电炉丝和导线是串联的，通过它们的电流相等，但电炉丝的电阻比导线的电阻大得多，所以电炉丝发热多，热得发红． 演示实验3：探究电流产生的热量与电流的关系 实验器材如图所示，思考并回答问题： 电路的连接：右边的两个电热丝是并联的，这样连接的目的是利用并联分流，使经过左、右两个容器内电热丝的电流不相等． 实验现象：接通电源，你看到的现象是左边的U形管中液面的高度差大． 实验结论：电阻、通电时间相等的情况下，电流越大，产生的热量越多． 实验拓展：观察左边的电热丝，通电时间越长，U形管中液面的高度差越大，由此可得：电流、电阻相等的情况下，通电时间越长，产生的热量越多． 焦耳定律 1．焦耳定律 焦耳定律是英国物理学家焦耳于1840年首先精确得出的电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比．它的数学表达式为Q＝I2Rt. 2．焦耳定律公式的符号和单位 物理量 热量Q 电流I 电阻R 时间t 单位 J A Ω s 3．与焦耳定律有关的生活现象 在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根导线连接起来，而连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾，这是为什么？ 答：导线连接处因接触不良，电阻比导线其他处大，由于导线连接处与导线其他处串联，电流相等，根据公式Q＝I2Rt可得，电流和通电时间相同时，连接处电阻大，所以产生的热量比别处多，加速导线老化，甚至引起火灾． 4．纯电阻电路与非纯电阻电路中电热与电功的区别 (1)在纯电阻电路(如电阻、各种电热器、白炽灯电路等)中，用电器所消耗的电能(即电功)全部转化为热(内能)，没有转化为其他形式的能，因此Q＝W电＝UIt＝t＝I2Rt. (2)在非纯电阻电路(如电动机、电视机、LED灯电路等)中，用电器所消耗的电能(即电功)有一小部分转化为热(内能)，而大部分转化为其他形式的能，如机械能、光能等，因此W电≠Q且Q＜W电．非纯电阻电路(如电动机)的能流图如图所示． 5.如图所示电路，电阻R1的阻值为10 Ω，闭合开关后，电流表示数为1.2 A．请计算：通电5分钟，电流通过电阻产生的热量． 解：I＝1.2 A，R1＝10 Ω， t＝5 min＝300 s 电阻产生的热量Q＝I2R1t＝(1.2 A)2×10 Ω×300 s＝4 320 J 答：通电5分钟，电流通过电阻产生的热量为4 320 J． 6.一根50 Ω的电热丝接在家庭电路中，在10 min内共产生多少热量？ 小结 　　注意：若是纯电阻电路，则Q＝W电＝UIt＝t＝I2Rt，根据已知条件选公式即可． 7.电风扇、日光灯、电烙铁三个用电器上都标有“220 V　60 W”字样，正常工作时，相同的时间内(　C　) A．电风扇产生的热量最多 B．日光灯产生的热量最多 C．电烙铁产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多 小结 　　用电器的额定功率相同，正常工作时时间相同，表示消耗的电能一样多；但