第18章 第4节 焦耳定律（讲解课件）-【优翼·学练优】2024-2025学年九年级物理全一册同步备课（人教版）

nullnullnullnull 焦耳定律 第4节 第十八章 电功率 优翼理综学科号 观察与思考 尤其不可以偷偷看电视哦！ 妈妈出门前交待小明要好好学习…… 妈妈回来后看到小明在认真写作业，电视机也没有打开，但是很快妈妈就发现小明在说谎了，你知道妈妈是如何发现的吗？ 新课导入 衔接：生活中不知道大家有过这样的经历没有。放了假，你妈妈让你自己好好安排自己假期的学习时间，尤其不能自己偷偷去看电视，然后你妈妈就出门了，就像小明一样。…… 妈妈回来后看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。但是很快妈妈就发现了小明在说谎，请问妈妈是怎么样发现的呢？（原因：妈妈用手摸一了下电视机后盖，发现电视机发热了。）小明挨了一顿揍，他很疑惑，电视机发热与什么因素有关呢？他决心搞清楚其中的原因。 一、电流的热效应 思考：很多用电器接通电源后都伴有热现象产生，你知道哪些？ 电能→内能 新课讲授 衔接：除了电视机，生活中还有很多用电器接通电源后都会发热，你知道哪些？其中的能量是如何转化的呢？（它们都把电能转化成了内能） 电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能。 我热得发红! 我怎么热不起来呢？ 电流产生热的多少跟什么因素有关？ 新课讲授 衔接：这种现象就叫做电流的热效应。但是有个很奇怪的问题啊，这是一个电炉，我们使用它时电炉丝会发热，热得通红。电流通过了电炉的电阻丝，电阻丝发热了，但是你摸它的导线，却并没有发热，这是为什么呢？ 讨论与交流： 1.电炉丝的材料是镍铬合金丝，导线材料是铜。不同的材料会影响产生的热量吗？ 2.电炉丝通电的时间越长，那么电炉的产生的热量会如何？ 3.大功率的电热水壶烧开水和小功率的电热水壶烧开水谁会更快一点呢？ 新课讲授 衔接：我们来比较一下电炉丝与导线，它们的材料是不同的…… 1.电阻不同，电热与电阻有关 2.通电时间越长，电炉会产生更多的热。电热与时间有关。 3.大功率的电热水壶烧开水会快一些，因为通过它的电流会大一些。电热与电流大小有关。 电流通过导体时产生的热量的多少与什么因素有关呢？ 提出问题： 探究电流通过导体产生热的多少与什么因素有关 猜想： 1.可能与电阻有关。 2.可能与通电时间有关。 3.可能与电流有关。 新课讲授 衔接：那么同学们现在猜想到电流通过导体时产生的热的多少与与什么因素有关呢？ 设计实验： 当一个物理量被猜测与多个因素有关，应该用什么方法去研究？ 用什么办法去体现热量的多少？ 控制变量法 转换法 如何保证研究电阻不同时，电流和时间相同？研究电流和时间呢？ 比较液面高低即可比较产生热量多少 新课讲授 衔接：在做实验前，我们还需要制定实验方案，请同学们思考以下这个问题…… 问题： 1.控制变量法 2.研究电阻时，将两个不同的电阻串联，闭合和断开开关； 研究电流时，可以将相同的电阻丝接在不同的电压上，这样电流就不同了，通电相同的时间；（前面的想法是学生可能想到的，可以询问学生如何用一个电源实现？并引导学生想到分流的思想） 研究时间时，连入一个电阻丝，看随着时间增加，热量会增加多少。 3.液体吸热，观察升高的温度（将电热丝插入液体中，再加上温度计）。气体(或液体)受热膨胀，观察膨胀的多少（封闭容器，用管子与外界连通，看液面高低比较，温度计原理）。询问用气体的热胀冷缩和液体的热胀冷缩谁更好体现？ 实验装置的原理：当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面液柱的高度就会发生变化。电流产生的热量越多，液面高度就相差越大。实验中通过观察液面高度来比较电流产生热量的多少。 进行实验： 实验1：研究电热与电阻的关系，要保证电流和通电时间相同，采用如图所示装置。实验时注意观察U形管液面变化。 新课讲授 衔接：接下来，我们将逐个探究各个因素的影响。 实验2：研究电热与电流的关系，要保证电阻和通电时间相同，采用如图所示装置。实验时注意观察U形管液面变化。 实验3：研究电热与时间的关系，只连接一个电阻，观察U形管液面随时间的变化。 新课讲授 实验记录： 实验序号 电阻R/Ω 电流 I/A 通电时间 t/min U形管高度差h/cm 实验1 R1=5Ω I1=I2 2 R2=10Ω I2=I1 2 实验2 R1=5Ω I1=2I2 2 R2=5Ω I2=0.5I1 2 实验3 R1=5Ω I1 2 R1=5Ω I1 4 新课讲授 实验结论： (1)I 和 t 相同时，R 越大，这个电阻产生的热量越多。 (2)R 和 t 相同时，I 越大，这个电阻产生的热量越多。 (3)R 和 I 相同时，t 越长，这个电阻产生的热量越多。 交流与评估： 说一说实验过程中你遇见了什么问题？ 新课讲授 (1)本实验是根据______ (填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少。已知R1=10Ω，R3=6Ω，为了研究电流产生的热量与电流的关系， 则R2=____Ω。 (2)若将R3 和R2 并联接入右边密闭容器中， 则可研究电流产生的热量与______的关系。 (中考·黄石)如图所示，两个密闭容器中接入电热丝R1、R2，右边容器上方接入电热丝R3，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。 气体 10 电阻 例题 新课讲授 二、焦耳定律 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。 电热符号：Q 公式： Q =I2Rt A s J Ω 在纯电阻电路中，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。即：Q =W =UIt = I2Rt 新课讲授 衔接：在1840年，英国的物理学家焦耳做了大量实验，最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻、通电时间有关。具体关系如下……这就是总结而来的焦耳定律。 焦耳（1818-1889） 焦耳，英国物理学家。他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。后来在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心的学习了各种知识，这为焦耳后来的研究奠定了理论基础。 焦耳一身致力于实验研究，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。 新课讲授 衔接：焦耳这个单位我们很了解了，那么焦耳这位科学家我们也来认识一下。 思考：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？ 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。 新课讲授 衔接：我们再来回顾一下之前的问题…… 小明在一次野炊活动中，将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸(可看做导体)接在干电池正负两极上，如图所示，锡箔纸较窄处最先燃烧。这是因为较窄处（ 　） A.电阻较大 B.电流较大 C.电压较小 D.电功率较小 A 例题 新课讲授 一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V 的电源两端，在 5 min内共产生多少热量? 例题 I = U R 解： = 36V 60Ω = 0.6A Q = I2Rt = (0.6A)2×60W×300s = 6480J 新课讲授 某电动机上标有“220V 2A”它的线圈电阻为5 Ω，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？ 解：消耗的电能：W总=UIt=220V×2A×60 s=26400 J 线圈中产生的热量：Q=I2Rt=(2A)2×5Ω×60s=1200 J 得到的机械能：W机=W总-Q=26400 J-1200 J=25200 J 例题 新课讲授 想想议议: 额定电压相同的灯泡，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。二者似乎矛盾，这是怎么回事? 前者前提条件是电压相同，虽说额定电功率大的灯泡电阻小，但此时该灯泡的电流较大；而后者说前提条件是电流相同，按照焦耳定律当然是电阻大的产生热量多。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。 新课讲授 三、电热的利用和防止 电热器：使导体只发热的用电器。 电热器的优点：清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。 新课讲授 衔接：我们生活中有很多用电器都是利用电热来工作的。比如课前提到的电热水器，电焊，电烙铁，电热水壶，电炉等等，还有这个用来孵鸡蛋的。 思考：电流通过用电器产生的电热都是有利的吗？ 电热的危害 将用电器烧坏 使绝缘材料老化 思考：如何防止电热带来的不利影响呢？ 水冷机箱 微型风扇 散热孔 新课讲授 衔接：除了电热器以外，其他的用电器不是用来发热的，但是它们用了一段时间后我们还是会发现它们也会发热，比如说电脑，电视。这些用电器产生的热量时有利还是有害的呢？…… 它们要是不发热多好啊，这样小明也不会被发现从而挨打了。发热过多导致温度过高还可能损坏用电器，或者使绝缘材料（绝缘皮）老化。 焦耳定律 电流的热效应 电热的影响因素：I、R、t 焦耳定律 电热的利用和防止 表述：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 公式: Q = I2Rt  定义 课堂小结 22 2.现有甲、乙两个电炉子，已知电炉电阻R1＞R2，分别接入电压为220V的电路中，相同时间内它们发热情况是（ ） A.甲放热多 B.乙放热多 C.同样多 D.无法判断 1.计算电流通过电风扇产生的热量，下面公式选用正确的是 （ ） A.UIt B. C.I2Rt D.前面三个都可以 C B 当堂小练 3.用如图所示的装置探究“影响电流热效应的因素”。电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1<R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是（ ） A.该装置可以用来探究电流热效应与电流大小的关系 B.闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升得较快 C.实验中，通过温度计示数的变化来 比较电阻丝产生热量的多少 D.将某一烧瓶中的煤油换成等质量的 水，可比较煤油和水的比热容大小 C 当堂小练 5.用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。 (1)烧瓶中装入的煤油是________（填“导体”或“绝缘体”） (2)请根据实物电路，在虚线框图内画出对应的电路图。 (3)为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应______，通过R1的电流_______通过R2的电流。 R2 R1 绝缘体 相等 小于 当堂小练 (4)通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明______________________________________________。 (5)小红用如左下图示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。经多次测量，收集数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，右下图中能正确反映h-I 关系的是____。 电阻和通电时间不变，电流越大产生的热量越多 A 当堂小练 $$nullnullnullnull P2衔接：生活中不知道大家有过这样的经历没有。放了假，你妈妈让你自己好好安排自己假期的学习时间，尤其不能自己偷偷去看电视，然后你妈妈就出门了，就像小明一样。…… 妈妈回来后看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。但是很快妈妈就发现了小明在说谎，请问妈妈是怎么样发现的呢？（原因：妈妈用手摸一了下电视机后盖，发现电视机发热了。）小明挨了一顿揍，他很疑惑，为什么电器会发热呢？于是下定决心搞清楚原因。 P3衔接：除了电视机，生活中还有很多用电器接通电源后都会发热，你知道哪些？其中的能量是如何转化的呢？（它们都把电能转化成了内能） P4衔接：这种现象就叫做电流的热效应。但是有个很奇怪的问题啊，这是一个电炉，我们使用它时电炉丝会发热，热得通红。电流通过了电炉的电阻丝，电阻丝发热了，但是你摸它的导线，却并没有发热，这是为什么呢？ P5衔接：我们来比较一下电炉丝与导线，它们的材料是不同的…… 1.电阻不同，电热与电阻有关 2.通电时间越长，电炉会产生更多的热。电热与时间有关。 3.大功率的电热水壶烧开水会快一些，因为通过它的电流会大一些。电热与电流大小有关。 P6衔接：那么同学们现在猜想到电流通过导体时产生的热的多少与与什么因素有关呢？ P7衔接：在做实验前，我们还需要制定实验方案，请同学们思考以下这个问题…… 问题： 1.控制变量法 2.研究电阻时，将两个不同的电阻串联，闭合和断开开关； 研究电流时，可以将相同的电阻丝接在不同的电压上，这样电流就不同了，通电相同的时间；（前面的想法是学生可能想到的，可以询问学生如何用一点电源实现？并引导学生想到分流的思想） 研究时间时，连入一个电阻丝，看随着时间增加，热量会增加多少。 3.液体吸热，观察升高的温度（将电热丝插入液体中，再加上温度计）。气体(或液体)受热膨胀，观察膨胀的多少（封闭容器，用管子与外界连通，看液面高低比较，温度计原理）。询问用气体的热胀冷缩和液体的热胀冷缩谁更好体现？ 实验装置的原理：当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面液柱的高度就会发生变化。电流产生的热量越多，液面高度就相差越大。实验中通过观察液面高度来比较电流产生热量的多少。 P8衔接：接下来，我们将逐个探究各个因素的影响。 P13衔接：在1840年，英国的物理学家焦耳做了大量实验，最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻、通电时间有关。具体关系如下……这就是总结而来的焦耳定律。 P14衔接：焦耳这个单位我们很了解了，那么焦耳这位科学家我们也来认识一下。 P15衔接：我们再来回顾一下之前的问题…… P20衔接：我们生活中有很多用电器都是利用电热来工作的。比如课前提到的电热水器，电焊，电烙铁，电热水壶，电炉等等，还有这个用来孵鸡蛋的。 P21衔接：除了电热器以外，其他的用电器不是用来发热的，但是它们用了一段时间后我们还是会发现它们也会发热，比如说电脑，电视。这些用电器产生的热量时有利还是有害的呢？…… 它们要是不发热多好啊，这样小明也不会被发现从而挨打了。发热过多导致温度过高还可能损坏用电器，或者使绝缘材料（绝缘皮）老化。 学科网（北京）股份有限公司 $$nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull