18.4焦耳定律 课件-2023-2024学年人教版物理九年级全一册

-1- ■考点一 电流的热效应 1. 电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 2． 探究电流的热效应与哪些因素有关： （1）实验过程： ①实验装置：如图所示。 ②实验步骤：图甲探究电阻对热量的影响，将电阻串联在电路中，控制通过电阻的电流相等，通过 U形管中液面的高度变化反映密闭空气温度的变化；图乙探究电流对热量的影响，控制电路中的电阻不变，改变通过电阻中的电流，通过 U 形管中液面的高度变化反映密闭空气温度的变化。 ③实验结论：通电导体产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。导体的电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，电流通过导体时产生的热量就越多。 [考点解读] 18.4焦耳定律 （2）探究方法：①控制变量法：因为电流产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，实验时要控制其中两个因素相同，研究电流产生的热量与另一 因素的关系。 ②转换法：因为产生热量多少无法观察，就将产生热量的多少转换成能观察的温度、气体或液体膨胀的体积等。 （3）选材：①用气体进行实验：利用加热时空气膨胀的体积显示电流产生的热量多少，效果更好；②液体一般选用煤油进行实验，不用水，因为水 的比热容大，加热时间太长。 -2- 第4节 焦耳定律 -3- 例 1 （乐山中考）如图为探究“焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝 R1、R2 串联在电路中，且 R1＜R2。 下列说法正确的是 （ ） A. 该实验装置用于探究“电压和通电时间一定时，电热与电流的关系” B. 闭合开关后，通过 R1 的电流大于 R2 的电流 C. 闭合开关后，甲管中液面上升比乙慢 D. 闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片 P 向左移动 典题精析 第4节 焦耳定律 -4- 解析：图中两电阻串联，通过的电流和通电时间相等，而电阻不同，故可探究电流产生的热量与电阻的关系，故 A、B 错误；通过电阻丝 R1 和 R2 的 电流相等，通电时间相同，R2>R1，故电流通过电阻丝 R2 产生的热量多，由转换法，知甲管中液面上升比乙慢，故 C 正确；闭合开关后，要使电流增大，由 欧姆定律，要减小电路的总电阻，故应将滑动变阻器滑片 P 向右移动，故 D 错误。 答案：C 易错：A 错因：对电路分析错误，不知道通过两电阻丝的电流相等而混淆实验探究的目的。 满分备考：电流产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，探究它们之间关系要用控制变量法和转换法。 第4节 焦耳定律 -5- ■考点二 焦耳定律 1. 焦耳定律：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. 公式表达：（1）计算电流产生热量的公式：Q=I2Rt（这几个量必须是同一段电路上的几个量）。 （2）产生热量功率的公式：P= =I2R。 （3）Q 与 W 的关系：如果用电器将电能全部转化为内能（纯电阻电路），则消耗的电能等于产生的热量：W=Q=UIt= t=I2Rt，但是如果电能只是部分转化为内能，计算电流产生的热量只能用 Q= I2Rt，计算消耗的电能只能用 W=UIt，且 W-Q 就等于电能转化成的除内能之外的其他能量是多少。 第4节 焦耳定律 -6- 例 2 （宜昌中考）两个定值电阻 R1、R2 并联在电路中，如图甲所示，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开关 S，则 R1、R2 产生的热量之比为 （ ） A. 2∶1 B. 1∶2 C. 4∶1 D. 1∶4 典题精析 第4节 焦耳定律 -7- 解析：由图甲可知，该电路为并联电路，电压是相同的；由图乙可知，电压相同，通过 R1、R2 的电流之比为 2∶1；根据 I= 可知，R1、R2 的电阻之比为 1∶2； 通电时间相同，电压相同，则根据焦耳定律公式 Q=W= t 可知，产生的热量与电阻成反比，故热量之比为 2∶1。 答案：A 易错：B 错因：将横纵坐标轴表示的物理量看错，导致 R1、R2 电阻比值算错。 满分备考：电流产生的热量与多个因素有关，叙述电流产生的热量与一个因素的关系时要控制其他因素相同。计算热量时切勿记混公式。 第4节 焦耳定律 -8- ■考点三 电热的利用和防止 1. 电热器：利用电流热效应制成的，主要部分是发热体，发热体是由电阻大、熔点高的材料制成的。 2. 电流热效应的利用与危害： （1）利用电热的实例：电热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。优点是清洁、无污染且易于控制。 （2）防止电热的危害：电视机后盖的散热窗、电脑主机里面的小风扇等。 第4节 焦耳定律 -9- 例 3 （吉林中考）台式电脑的机箱外壳上开有许多小孔，并且机箱内装有微型风扇。请解释这样做的道理：__________________________________。 解析：电视机的后盖上有小孔、电动机外壳上有散热片、电脑机箱内有微型风扇都是为了散热，确保用电器正常工作。 答案：台式电脑使用时，会产生大量的电热，如果不能及时散热，会产生安全隐患，机箱壳上开有许多小孔及微型风扇都是为了帮助散热。 满分备考：电热器是利用电流热效应工作的，发热体由电阻大、熔点高的材料制成，我们要利用电热有利的一面，防止其有害的一面。 典题精析 第4节 焦耳定律 -10- 实验：探究电流的热效应 实验装置：如下图所示。 实验步骤：图甲探究电阻对热量的影响，将电阻串联在电路中，控制通过电阻的电流相等，通过 U 形管中液面的高度变化反映密闭空气温度的变化；图乙探究电流对热量的影响，控制电路中的电阻不变，改变通过电阻丝中的电流，通过 U 形管中液面的高度变化反映密闭空气温度的变化。 [实验突破] 第4节 焦耳定律 -11- 实验结论：通电导体产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。导体的电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，电流通过导体时产生的热量就越多。 第4节 焦耳定律 -12- 命题点： 1. 本实验中用到的物理研究方法（转换法和控制变量法）； 2. 被加热的材料选用煤油或空气的原因（利用其比热容①________ 可以使实验现象更明显）； 3. 控制变量法的应用； 4. 转换法的应用（利用②_________________________ 来反映电阻丝产生热量的多少）； 5. 多次测量的目的（避免偶然因素对实验结论的影响，得出普遍规律）； 6. 实验数据分析与结论总结。实验结论：在电阻和通电时间相同的情况下， 通过电阻的电流越大，产生的热量③________；在电流和通电时间相同的情况下，电阻④________，产生的热量越多；在电阻和通过电阻的电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量 ⑤________。 第4节 焦耳定律 -13- 命题点： 答案：①较小 ②U形管中液面的高度差 ③越多 ④越大 ⑤越多 第4节 焦耳定律 -14- ■易错点 混淆实验探究的目的 例 小朋在探究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”的实验时，利用如图所示的甲、乙两套装置进行实验，其中“探究电流产生的热量与电阻大小是否有关”的实验装置是 __________（选填“甲”或“乙”）。 实验中应控制的变量是通电时间和______。 [易错分析] 第4节 焦耳定律 -15- 解析：“探究电流产生的热量与电阻大小是否有关”应控制通电时间和通电电流大小相同；从实验装置图中可以看出，甲装置串联，通电时间和通电电流大小相同，电阻大小不同，因此要探究电流产生的热量与电阻的关系，应选择装置甲。 答案：甲 电流 易错：第一空错填乙。 错因：误以为乙装置通过导体的电流相同而错选。 易错警示：要学会利用控制变量法和转换法探究电流产生热量多少和各影响因素之间的关系。能通过实验装置分析探究实验的目的，并且在叙述电流产生热量与其中一个因素的关系时，要注意用控制变量法。 第4节 焦耳定律 -16- ■题型一 电流的热效应 例 1 日常生活中，在下列用电器中，属于利用电流热效应来工作的用电器是 （ ） A. 电扇和电吹风 B. 白炽灯、电烙铁、电热毯 C. 洗衣机和电熨斗 D. 电解槽和电冰箱 [题型探究] 第4节 焦耳定律 -17- 解析：电扇和电吹风，工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故 A 错误；白炽灯、电烙铁、电热毯工作时主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故 B 正确；洗衣机主要靠电动机工作，工作时主要把电能转化为机械能，故 C 错误；电解槽应用了电流的化学效应，而电冰箱内有压缩机，工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故 D 错误。 答案：B 题型解法：：电流的热效应主要用来制作电热器，就是把电能主要转化为内能，对物体进行加热，因而利用电流热效应工作的电热器，几乎不会产生机械能、化学能、声光等其他能量，判断时根据其能量转化方向进行判断。 第4节 焦耳定律 -18- ■题型二 探究电流的热效应 例 2 （潍坊中考）如图是探究“电流通过导体 时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。 两个相同的透明容器中密封着等量的空气，将 1、2 和 3、4 导线分别接到电源两端。 （1）甲图所示的装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与 __________ 的关系，通电一段时间， ________（选填“a”或“b”）容器中电流产生的热量较多； （2）通过观察乙图中的实验现象，可知 ______ （选填“c”或“d”）容器中电阻丝的阻值大。 第4节 焦耳定律 -19- 解析：（1）甲图装置中一个 5 Ω 的电阻与两个5 Ω 的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端电阻的电流相等，即 I右=I左，两个 5Ω 的电阻并联，根据并联电路的电流特点知 I左=I内+I外，所以，I左＞I内，容器内的电阻值都是 5 Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，通电一段时间，由 Q=I2Rt知，a 容器中电流产生的热量多； （2）乙图中，右侧 U 形管中液柱上升幅度更大，d 容器内产生的热量多。 根据串联电路的电流特点可知，电流和通电时间相等，根据 Q=I2Rt 可知，装置 d 容器内产生的热量多，电阻大。 答案：（1）电流 a （2）d 题型解法：“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中电流产生的热量不易直接测量，应用转换法，在实验时，通过对等量的空气加热，根据气体的热胀冷缩，产生的热量越多，气体膨胀程度越大，U 形管内液面高度差越大；电流产生的热量与电流大小、电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素相同，用到控制变量法。 第4节 焦耳定律 额定电压 220 V 加热功率 1000 W 保温功率 220 W -20- ■题型三 多挡位问题 例 3 （葫芦岛中考）如图甲是一款新型智能电暖器，内装有导热油。该电暖器具有升温快、热效高、智能控温的特点。电暖器的简化电路图如图乙所示，R1 与 R2 为电热丝，S2 为温控开关，其相关参数如下表。求： （1）电暖器在保温状态下的工作电流。 （2）电阻 R2 的阻值。 （3）电暖器中装有 5 kg 的导热油，在加热状态 下导热油由 20 ℃升高到 60 ℃，需要多长时间？［不计热量损失，导热油的比热容取 ｃ油＝2×103J/（kg·℃）］ 第4节 焦耳定律 -21- 解析：（1）由表格数据可知电暖器在保温状态下的功率和电压，根据 P=UI 求出其工作电流； （2）由电路图可知，开关S1、S2 闭合时，电路为R1的简单电路，由 P=UI= 可知，电源电压一定时，电路的总电阻越小，电路总功率越大，故此时电暖器 处于加热状态，可利用加热功率和额定电压求解 得出电阻 R1 的阻值；开关 S1 闭合、S2 断开时，R1 与 R2 串联，由 P=UI= 可知，电源的电压一定时，电路的总电阻越大，电路的总功率越小，故此时电暖器处于保温状态，由表中保温功率和额定电压可求解出电阻R1和电阻R２的总阻值，从而可得出R２的阻值； （3）知道导热油的质量和初温、末温以及比热容，根据Q 吸=cm（t-t0）求出导热油吸收的热量，不计热量损失时消耗的电能和导热油吸收的热量相等，利用 P= 求出需要的加热时间。 第4节 焦耳定律 -22- 答案：解：（1）由 P=UI 可得，电暖器在保温状态下的工作电流： I= =1 A （2）开关 S1、S2 闭合时，电路为 R1 的简单电路，电路的总电阻最小，电路的总功率最大，电暖器处于加热状态，由 P=UI= 可得，R1 的阻值： R1= ＝48.4 Ω； 开关 S1 闭合、S2断开时，R1与R2串联，电路的总电阻最大，电路的总功率最小，电暖器处于保温状态，此时电路的总电阻： R= ＝220 Ω；因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电阻 R2 的阻值：R2=R-R1=220 Ω-48.4 Ω=171.6 Ω。 （3）导热油吸收的热量： Q 吸=c 油 m（t-t0）=2×103 J/（kg·℃）×5 kg×（60 ℃ -20 ℃）=4×105 J， 不计热量损失时消耗的电能： W=Q 吸=4×105 J， 由 P= Wt 可得，需要的加热时间：t′= =400 s。 第4节 焦耳定律 -23- 题型解法：解答电热器多挡位问题，首先区分各挡位电路图，分析电路后利用公式解答。分析电路，此时需要用的公式有：欧姆定律 、U=IR、 I= ；计算某用电器的电功率利用的公式P=UI=I2R= = ；求电热 Q=I2Rt，纯电阻电路：W=Q=UIt= t=I2Rt=Pt。 第4节 焦耳定律 1. 电流的热效应 （1）概念：电流通过导体时电能转化成 ________，这种现象叫做电流的热效应。 （2）探究实验：在探究影响电流热效应的因素的实验中，将电流产生的热量的多少通过 ____________ ____________ 展现出来；在探究产生电热的多少与电阻大小的关系时，必须在 ________ 和通电时间相同的情况下比较。 -1- 18.4 焦耳定律 ▍课前预习/新知导引 第 1 课时 电流的热效应及焦耳定律 2. 焦耳定律 （1）内容：电流通过导体产生的热量跟 _________ 成正比，跟 ________ 成正比，跟 ________ 成正比。 （2）公式：________，变形公式为 Q=W=UIt= t（适用于纯电阻电路）。 注意：在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，即 Q=W，则有 Q=UIt，Q= t；对于电能没有全部转化为内能的非纯电阻电路，如含有电动机的电路，则有 Q<W，此时计算电热只能用 Q=I2Rt。 -2- 18.4 焦耳定律 18.4 焦耳定律 -3- ■考点 1 电流的热效应 1. 如图所示是研究电流发热规律的一个实验装置，图中将两根不同的电阻丝串联起来接入电路是为了 _________________，小明同学通过该实验得出的实验结论是：当电流一定时，导体的电阻越大，导体产生的热量越多。另一位同学指出他的结论不严密，请你将正确的结论写出来：_____________________ ___________________________________________。 ▍考点集训/夯实基础 （第 1 题图） 2. 如图所示，为“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验电路，以下说法正确的是 （ ） A． 闭合开关 S1、S2，通过三根电阻丝的电流相同 B． 先闭合开关 S1，再闭合开关 S2，电流表示数保持不变 C． 先闭合开关 S1，再闭合开关 S2，通过右侧容器中电阻丝的电流变小 D． 闭合开关 S1、S2 一段时间后，右边 U 形管内的液面比左边 U 形管内的液面高 -4- 18.4 焦耳定律 （第 2 题图） ■考点 2 焦耳定律 3.（教材 P102，T1 改编）电热杯中电热丝的电阻是 55 Ω，通过 4 A 的电流时，1 min 产生多少焦耳的热量？ 4.（教材 P102，T3 高仿）车床照明灯正常工作时的电压是 36 V，电阻是 24 Ω，则该照明灯正常工作 30 min 时，电流通过灯丝产生的热量是_______J。 -5- 18.4 焦耳定律 5. 如图所示，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压 U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量 Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是 （ ） A． U甲=U乙，Q甲=Q乙 B． U甲＜U乙，Q甲＞Q乙 C． U甲＜U乙，Q甲＜Q乙 D． U甲＞U乙，Q甲＜Q乙 -6- 18.4 焦耳定律 （第 5 题图） 6. 用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体，甲比乙的横截面积大，如图所示。将它们并联在电路中，通电一段时间后，比较甲、乙两导体升高的温度。 下列说法正确的是 （ ） A． 甲导体产生的热量多 B． 乙导体产生的热量多 C． 甲、乙两导体产生的热量相同 D． 条件不足，无法判断 -7- 18.4 焦耳定律 （第 6 题图） 1. 电热的利用：根据 ______________，人们制造出电烤箱、电熨斗、电烙铁、白炽灯等电器，电热器工作过程中，消耗的电能转化成 _______。 2. 电热的危害和防止：用电器中通过电流时产生的热量，会使导体的温度升高，使用电器不能正常工作，并且使绝缘材料迅速老化，造成危害。因此在制作和使用用电器时要采取有效措施进行散热，如在电视机和电脑中安装散热窗，以防止电热造成危害。 -8- 18.4 焦耳定律 ▍课前预习/新知导引 第 2 课时 电热的利用和防止 18.4 焦耳定律 -9- ■考点 1 电热的利用 1. 美国著名的发明家爱迪生从 20 岁出头开始研究电灯，历时 10 余年，终于发现钨丝是较好的灯丝材料，白炽灯发光的原理是根据电流的 _____ 效应。 2. 关于电热的利用，下列说法中错误的是 （ ） A． 电热对我们来说总是有利的 B． 高空飞行员所穿衣服里的保温装置是利用电热来工作的 C． 电熨斗是利用电流的热效应来工作的 D． 梅雨季节可用电热给电视机驱潮 ▍考点集训/夯实基础 3. 如图所示，许多轿车的后窗内壁都平行地装有若干条金属丝，它们的用途可能是 （ ） A． 为了美观用作装饰 B． 不让车外的行人看到车内的乘客 C． 通电后可以防止后窗积灰 D． 通电后可消除附在后窗内壁上的小水珠 -10- 18.4 焦耳定律 （第 3 题图） ■考点 2 电热的危害和防止 4. 有些家用电器在使用过程中，温度过高会损坏电器。 下图所示的家用电器中要防止电热产生危害的是 （ ） 电饭煲 电视机 电暖器 电熨斗 A B C D -11- 18.4 焦耳定律 5. 小明家的电饭锅，在使用时闻到橡胶的焦糊味，他立即关闭开关，拔下电源插头，用手摸其电源线发现很热，而其他用电器仍正常工作。发生这一现象的原因是 （ ） A． 电压太高 B． 导线太细 C． 导线太粗 D． 导线太短 6.（教材 P102，T6 高仿）小明家的电热毯内的电阻丝断了，他爸爸把断了的电阻丝搭在一起，电热毯仍能使用，但不久又会在搭接处烧断。搭接处烧断的原因是 （ ） A． 电阻丝上搭接处电阻较小，造成局部过热 B． 电阻丝上搭接处电阻较大，造成局部过热 C． 搭接处电流比其他处电流小，造成局部过热 D． 搭接处电流比其他处电流大，造成局部过热 -12- 18.4 焦耳定律 1.（1）内能 （2）U 形管中液面高度的变化 电流 2.（1）电流的二次方 导体的电阻 通电 时间 （2）Q=I2Rt -12- 第十八章 电功率 ▍课前预习/新知导引 18.4 焦耳定律 第 1 课时 电流的热效应及焦耳定律 第十八章 电功率 -13- 1. 使通过的电流和通电时间相同 当电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，导体产生的热量越多 2. C 提示：由图可知，闭合开关 S1、S2，右边两个电阻并联然后与左边电阻串联，故通过三根电阻丝的电流不相同，故 A 错误；先闭合开关 S1， 左边电阻和右下电阻串联，当再闭合开关 S2，右边两个电阻并联然后与左边电阻串联，此时电路中总电阻减小，由欧姆定律可知，电流表示数应变大，故 B 错误；闭合开关 S1、S2，右侧两电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流左侧大于右侧，所以电流通过左边电阻产生的热量多，则应该是左边 U 形管内的液面比右边 U 形管内的液面高，故D错误。 ▍考点集训/夯实基础 3. 解：t=1 min=60 s， 1 min 电流通过电热丝产生的热量： Q=I2Rt=（4A）2×55 Ω×60 s= 5.28×104 J。 4. 97200 提示：车床照明灯正常工作时，通过灯的电流：I= =1.5 A，该照明灯正常工作 30 min 时，电流通过灯丝产生的热量：Q=I2Rt=（1.5 A）2×24 Ω×30×60 s= 97200 J。 5. C 提示：由于两电阻丝串联，通过它们的电流 I 相等，通电时间 t 相等，由题意知：R甲＜R乙，由 U=IR 知：U甲＜U乙；由 Q=I2Rt 知：Q甲＜Q乙。 6. A 提示：题目中导体甲和乙材料相同，长度相等，但甲比乙的横截面积大，则甲的电阻比乙小。图中导体甲和乙并联，根据公式 Q=I2Rt= t 知，导体两端电压相等时，相同时间内导体产生的热量和导体的电阻成反比，导体甲的电阻小，产生的热量多。 -14- 第十八章 电功率 1. 电流的热效应 内能 -15- 第十八章 电功率 ▍课前预习/新知导引 第 2 课时 电热的利用和防止 第十八章 电功率 -16- 1. 热 2. A 提示：电热在有些情况下对我们有利，有时对我们有害，故 A 说法错误。 3. D 提示：金属丝通电后可以产生热量，使车内的温度升高，车窗内壁上的小水珠就会汽化为水蒸气。 4. B 5. B 提示：电饭锅跟导线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，导线烧焦说明导线的电阻过大（导线过细），所以选项 B 正确。 6. B 提示：将电阻丝的两个断头接上后，接头处是两根导线相切，由于接触的部位很少，很细，电阻就较大。根据焦耳定律公式 Q=I2Rt 知，在电流、通电时间相同的情况下电阻越大，产生的热量越多，温度越高，因此搭接处容易被烧断。 ▍考点集训/夯实基础 $$