18.4焦耳定律 --2023-2024学年人教版物理九年级上学期

人教版九年级物理 焦耳定律 1 电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 2 电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。 利用电流的热效应来加热的设备：________。 电热器 电热水器 电热水壶 电炉 电烤箱 电饭锅 电热取暖器 这些用电器工作时有什么共同特点？ 知识点 1 电流的热效应 3 着火了！ 多用插座为什么不允许大功率用电器同时使用？ 点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？ 导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？说明什么？ 电流的热效应与哪些因素有关？ 猜想： 与电流、电阻、时间有关。 5 一、电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关 ①可能与电阻有关。电阻越大，电流通过导体产生热量越多。 ②可能与电流有关。电流越大，电流通过导体产生热量越多。 猜想与假设 ③可能与通电时间有关。通电时间越长，电流通过导体产生热量越多。 控制变量法 思考：热量的多少不易直接进行观察比较，实验中怎样将它变为便于直接观察比较的现象呢？ 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。 焦耳定律演示器 R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω A 在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 现象：电阻较大的这边的液柱上升较高。 结论： 控制不变的量是：__________、____________。 电流 通电时间 实验1：研究电热与电阻关系 8 I = 2I1 I A R = 10 Ω R = 10 Ω R = 10Ω I1 在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 现象：电流较大的这边的液柱上升较高。 结论： 控制不变的量是：____________、______________。 电阻 通电时间 实验2：研究电热与电流关系 9 实验3：研究电热与通电时间的关系 在电阻相同、电流相同的情况下，通过一个电阻的通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 现象：通电时间越长液柱上升越高。 结论： 控制不变的量是：____________、______________。 电阻 电流 二、焦耳定律 电流通过导体产生的热量 电流 电阻 通电时间 焦耳 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。 Q = I ² R t 热量 电流 电阻 时间 J A Ω S 公式： 物理量： 单位： 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。 知识点 2 焦耳定律 12 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 ②当电流通过某些用电器时，电能主要转化为其他形式得能量，只有少部分转化为内能，即Q＜W。 W总＝UIt =W机械能+Q热量 【问题回顾】电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？ 原因：导线与电热丝串联，电流、时间都相同，导线电阻远小于电炉丝电阻， 由Q= I2Rt可知，导线产生的热量少。 15 例题 一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上，在5min内共产生多少热量？ 解： 通过电阻丝的电流为： 电流产生的热量为： Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×5×60s=6480J 还有其他方法吗？ U2 Q=W= R t 16 例题 家用电风扇正常工作时电流为0.3A，电阻等效为200Ω，求在5min内共产生多少热量？消耗的电能，转化的机械能是多少？效率呢？ 解： 消耗的电能（总的）为： 电流产生的热量为： Q=I2Rt=(0.3A)2×200Ω×300s=5.4×103J W=UIt=220V×0.3A×300s=1.98×104J 机械能(有用）：E=W–Q=1.98×104J–5.4×103J=1.44×104J 效率：η= E W 1.44×104J 1.98×104J ×100% ×100% =72.7% = 17 因此，对于非纯电阻电路： 计算消耗的电能只有一个公式：W电=UIt 计算电热只有一个公式：Q热=I2Rt 计算机械能只有一个公式：W机械=W电-Q热 分析指导