18.4 焦耳定律 2023-2024学年人教版物理九年级全一册

2023/12/6 四川省阆中东风中学校 第十八章 · 电功率 第4节 焦耳定律 第 2 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 这些电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。 电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 第 3 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 探究1 电流的热效应 这些都是生活中常见的电器，你知道它们都有什么共同特点吗？ 第 4 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 1.电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?　 2.电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关? 第 5 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 探究：电流产生的热量与哪些因素有关 可能与电阻、电流、通电时间等因素有关 讨论1：电热可能与多个因素有关，那么实验时应该用什么方法去研究？ 讨论2：观察实验装置 (1)用什么方法去观察不可见的物理量(电热)？ (2)如何比较电流通过导体产生热量的多少？ 电流产 生的热量 (Q放) 盒内空气吸收的热量(Q吸) 热膨胀 增大的体积(ΔV) 液面高度差(Δh) 转换 热传递 可以用U形管两侧液面的高度差表示电流通过导体产生的热量。 第 6 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 探究1：电流产生的热量与电阻的关系 第 7 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 实验现象： 在通电时间相同的情况下，会看到右边U形管中的液面高度变化大于左边U形管中的液面高度变化。 实验结论： 在通电时间和电流大小相同的情况下，电阻的阻值越大，产生的热量越多。 第 8 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 探究2：电流产生的热量与电流的关系 第 9 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 实验现象： 在通电时间相同的情况下，会看到左边U形管中的液面高度变化大于右边U形管中的液面高度变化。 实验结论： 在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。 第 10 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 探究2 焦耳定律 大量实验表明： 电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关。电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 1.内容： 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。 2.公式： Q=I²Rt Q—电热—焦耳(J) I—电流—安培(A) R—电阻—欧姆(Ω) t—通电时间—秒(s) 焦耳(1818~1889)，英国物理学家。一生致力于实验研究，他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。 第 11 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 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(即只发热)，而没有转化成其他形式的能量，则电流产生的热量Q 就等于电流做的功(消耗的电能)W。 Q = W = I2Rt ·It =UIt = IR 【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因。 第 12 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 理解和应用焦耳定律应注意的几个问题： 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.在电流、通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟电阻的大小成正比的结论才成立； 3.公式中各物理量都是对同一段电路或同一导体而言的，也是对应于同一状态的；公式中的电流I的单位用安培(A)，电阻R的单位用欧姆(Ω)，通电时间t的单位用秒(s)，这样热量Q的单位才是焦耳(J)。 第 13 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 我们学习了焦耳定律，怎样回答前面的问题？ 导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？ 电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。但导线的电阻远小于电炉丝的电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt知，在相同时间内，电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。 第 14 页 第4节 焦耳定律 ｜第十八章 电功率 额定电压相同的电热器，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事? 前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者