15.4 探究焦耳定律 课件-2024～2025学年物理沪粤版九年级上册

15.4 探究焦耳定律 1.认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用。 2.知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。 3.通过学习电流热效应的应用与控制，学会辩证地看待问题。 学习目标 (1)灯泡发光一段时间后，用手触摸灯泡有什么感觉？ (2)电风扇使用一段时间后，用手触摸电动机部分有什么感觉？ 问题： 为什么….. 新课引入 生活中，许多用电器接通电源后都伴有热现象产生。 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。 新知讲授 通电导体放出的热量跟哪些因素有关 一 要解释上述现象，我们必须研究电流产生的热量与哪些因素有关。 家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾。 灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发烫，电线的发热却觉察不出来。 着火了！ （1）可能与电阻有关 2.探究电流的热效应与哪些因素有关 （2）可能与电流有关 （3）可能与通电时间有关 [猜想与假设] 有电流导体时，导体才会发热 电烤炉工作时，烤炉温度高，导线几乎不发热，因此，电流的热效应与电阻有关。 生活中手机充电时，充电越久温度越高。 （1）当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？ 控制变量法 （2）用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？ 转换法 电热——气体（或液体）受热膨胀，观察产生热量的多少 [设计实验] 实验1：研究电热与电阻关系 R2 = 10 Ω R1 = 5Ω A 在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。 [实验过程与实验现象] 电阻丝 实验2：研究电热与电流关系 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，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。 电阻丝 R 实验3：研究电热与通电时间关系 电阻丝 在电流、电阻相同时，通电时间长的产生的热量多。 （1）在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。 （I与t 相同，R越大，Q越多） （2）在通电时间、电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。 （ t与 R相同，I 越大，Q越多） （3）在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。 （ R与I 相同，t 越大，Q越多） [实验结论] 11 由实验我们可得，大家注意这里给出的只是定性的关系，后来英国物理学家焦耳于1840年通过实验，定量的给出，我们把这个定律称为焦耳定律 焦耳定律 Q = I² R t 热量 电流 电阻 时间 J A Ω s 公式： 意义： 单位： 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。 焦耳 (1818－1889) 焦耳定律 二 纯电阻电路: 电能 → 内能 Q I2Rt W UIt = M 非纯电阻电路: 电能 → 内能+其他形式的能 W E其他 + Q UIt I2Rt=Q ＞ 2.公式的理论推导 （1）当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即 　　 Q = W = UIt = I2Rt （2）当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能： 　　W＞Q热 3.电能和电热关系 电能 内能+机械能 　　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，电阻越小，单位时间内产生的热量越少。二者似乎有矛盾，这是怎么回事? 想想议议 答：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，二者并不矛盾。 所以我们在应用公式时应该特别注意条件。 想想议议： 1．电热的利用 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。 电流热效应的应用与控制 三 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。 2．电热的危害 焦耳定律 电流热效应的应用与控制 2.公式： Q = I2Rt  电流的 热效应 2.实验：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 1.现象：电流通过导体时电能转化成内能 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。 焦耳定律 2.防止：散热风扇等 1.应用：电熨斗、电饭锅等 课堂小结 1.下列用电器工作时，将电能全部转化为内能的是（　　） A．电风扇 B．电水壶 C．电视机 D．电动车 B 2.现有甲、乙两个电炉子，已知电炉电阻R1＞R2，分别接入电源电压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 B 当堂检测 3.如图所示是电热吹风机的内部电路原理图，电热吹风机由一个电动机和一个电热丝并联组成。电动机中有电流通过时会有风吹出，电热丝中有电流通过时会有热量产生。当开关 S1、S2 都闭合，二者都正常工作，下列说法正确的是（　　） A．电动机和电热丝在相同时间内产生的热量相同 B．电动机和电热丝在相同时间内消耗的电能相同 C．电动机和电热丝消耗的电功率相同 D．电动机消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能 D 4.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：消耗的电能为:W总=UIt=220V×2A×60s=26400J 线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5 Ω×60s=1200J 得到的机械能为：W机=W总－Q=26400J－1200J=25200J $$