6.3 焦耳定律 课件 -2024-2025学年物理教科版九年级上册

6.3　焦耳定律 知识点一 电流的热效应 1.电流通过导体时,将　电能　转化为　内能　的现象叫做电流的热效应。 2.电流的热效应与什么因素有关 (1)在相等的时间内,电流相同时,电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量　多　。 (2)在相等的时间内,电阻相同时,电流较大的电阻比电流较小的电阻产生的热量　多 　。 (3)在电流和电阻相同时,通电时间越长, 产生的热量越　多　。 下列各组用电器中,全是利用电流热效应工作的是 (　C　) A.电饭锅、电烙铁、电视机 B.电熨斗、电风扇、电冰箱 C.电炉、电热水器、恒温箱 D.电焊机、电暖器、电吹风 同步变式拓展 1.下列用电器主要利用电流热效应工作的是(　A　) 【教材小实验】小松和小北探究“影响电流热效应的因素”。 (1)小松自制“灯泡”并接入电路,如图甲,当电流通过时,金属丝快速发热并变红,这一过程能量的转化是电能转化为　内能和光能　。 (2)小松又利用长度相同的镍铬合金丝做了几个“灯泡”,按甲图所示,实验中,小松发现亮度不同的灯泡,灯丝粗细不同。因此小松猜想“电流的热效应与电阻大小有关”。请说出小松这样猜想的依据:　长度、材料相同,粗细不同的电阻丝阻值不同,灯泡亮度不同,反映电流热效应不同　。 (3)小北利用如图乙所示的三个“灯泡”(R1=R2<R3)探究影响电流通过导体产生热量的因素。实验中补充的器材有几节干电池、开关和导线若干。设计的探究电路如图丙、丁。 ①实验中通过观察　液柱上升的高度　比较电流通过导体产生热量的多少; ②设计丙图所示电路是为了探究　电流和通电时间相同时,电流热效应与电阻大小的关系　; ③利用丁图所示电路探究电流热效应与电流大小的关系时(U1、U2不相等),还需要的测量工具是　停表、刻度尺　。 同步变式拓展 2.(2023·云南)实验小组在老师的指导下探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。同学们在烧瓶内安装一根电阻丝,装入适量的煤油,插入一支温度计,设计了如图甲所示的电路。 (1)用笔画线代替导线,将图甲的电路连接完整。要求滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表示数变大,且导线不交叉。 (2)闭合开关后,发现电流表指针未偏转,经检查仅电阻丝R有故障,则电阻丝R　开路　(选填“短路”或“开路”)。排除故障后进行实验,实验中通过观察　温度计示数的变化　来比较相同时间内不同电流产生热量的多少。 (3)调节滑动变阻器改变电流的大小,经过多次实验发现:电阻丝阻值和通电时间一定时,电流I越大,通电导体产生的热量Q越多。 小明猜想:当电阻和通电时间一定时,Q可能与I成正比。随后在老师的帮助下,实验小组测出了多组Q与I的数据。请提出一种判断小明猜想是否正确的方法:　将测得的Q与I的数据描点画出Q-I图像,若Q-I图像为过原点的一条直线,则Q与I成正比,否则不成正比　。 (4)若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系,可选择图乙中　B　(选填“A”或“B”)烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻　串　(选填“串”或“并”)联进行实验。 (5)本实验应用的研究方法有转换法和　控制变量　法。 知识点二 焦耳定律 1.内容: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　。 2.公式:Q=　I2Rt　。 注:电热与电能(电功)的关系: 物理量 电热 电能(电功)   计算公式 Q=I2Rt W=UIt   关系 在纯电阻电路中: Q=W=Pt=UIt=t 在非纯电阻电路中:Q<W 有一电热丝的电阻为40 Ω,接入某电源通电1 min产生的热量为2400 J。求: (1)通过它的电流; 解:(1)由Q=I2Rt可得,通过电热丝的电流: I===1 A (2)若把该电热丝剪去一半后接入同一电源,通电1 min 产生的热量。 (2)电源电压:U=IR=1 A×40 Ω=40 V 电热丝材料与横截面积不变,把该电热丝剪去一半后,电热丝的电阻:R'===20 Ω 通电时间t=1 min=60 s 电热丝产生的热量: Q'=t=×60 s=4800 J 同步变式拓展 3.电炉通电一段时间后,电炉丝热得发红,而与电炉丝相连的导线却几乎不发热,这主要是因为(　D　) A.通过导线的电流大于通过电炉丝的电流 B.导线的电阻远大于电炉丝的电阻 C.通过导线的电流小于通过电炉丝的电流 D.导线的电阻远小于电炉丝的电阻 4.某款家用茶具煮茶时的电阻为55 Ω,正常情况下通过茶具的电流是　4　A,煮一壶茶用了5 min,产生的热量为　2.64×105　J。 5.如图所示,电源电压为9 V,电阻R1=10 Ω,闭合开关S时电阻R2两端电压为6 V。求: (1)通过电阻R1的电流; 解:(1)R1两端的电压: U1=U-U2=9 V-6 V=3 V 则通过R1的电流: I1===0.3 A (2)电阻R2的电功率; (2)根据串联电路中电流处处相等,则: I2=I1=0.3 A 故电阻R2消耗的电功率: P2=U2I2=6 V×0.3 A=1.8 W (3)电阻R2通电1 min产生的热量。 (3)电阻R2通电1 min产生的热量: Q2=W2=P2t=1.8 W×60 s=108 J 6.(2023·金昌)如图所示,电源电压为9 V且保持不变。闭合开关后,电流表A1的示数为0.4 A,电阻R2=15 Ω。求: (1)电流表A2的示数; 解:由图可知:R1、R2并联,电流表A1测量通过R1的电流,电流表A2测量干路的总电流 (1)由并联电路的电压特点可知: R2两端的电压:U2=U=9 V 通过R2的电流:I2===0.6 A 则干路的总电流: I=I1+I2=0.4 A+0.6 A=1 A 即电流表A2的示数为1 A (2)1分钟内,电阻R2上产生的热量。 (2)1分钟内,电阻R2上产生的热量: Q2=I22R2t=(0.6 A)2×15 Ω×1×60 s=324 J R1、R2分别连接成如图所示的甲、乙两种电路,R1∶R2=3∶2,电源电压均为U。图甲中,在相同时间内,通过R1、R2的电流之比为　1∶1　,R1、R2两端的电压之比为　3∶2　,R1、R2消耗的电能之比为　3∶2　,R1、R2消耗的电功率之比为　3∶2　,R1、R2产生的热量之比为　3∶2　。 图乙中,在相同时间内,通过R1、R2的电流之比为　2∶3　,R1、R2两端的电压之比为　1∶1　,R1、R2消耗的电能之比为　2∶3　,R1、R2消耗的电功率之比为　2∶3　,R1、R2产生的热量之比为　2∶3　。 同步变式拓展 7.甲、乙两个电热器的电阻之比为5∶4,通电相同时间产生的热量之比为5∶1,则通过甲、乙的电流之比为(　C　) A.4∶1 B.1∶4 C.2∶1 D.1∶2 8.如图所示是电热饮水机电路原理图,已知R1=100 Ω,R2=20 Ω,当开关S1、S2闭合时,饮水机处于　加热　(选填“保温”或“加热”)状态,饮水机在保温状态和加热状态下各工作5 min时,产生的热量之比为　1∶6　。 一台线圈电阻为4 Ω的电动机,接在220V的电源上,正常工作1 min,通过电动机的电流为5 A。 (1)该电动机的电功率为多少? 解:(1)P=UI=220 V×5 A=1100 W (2)电流做功为多少? (2)W电=UIt=220 V×5 A×60 s=66000 J (3)电流产生的热量为多少? (3)Q=I2Rt=(5 A)2×4 Ω×60 s=6000 J (5)该电动机的效率为多大?(精确到0.1%) (5)η=×100%=×100%≈90.9% (6)当该电动机的叶片停止转动时,通过它的电流为多大? (6)I'===55 A 同步变式拓展 9.一台直流电动机额定电压为100 V,正常工作时电流为20 A,线圈内阻为0.5 Ω,那么在1 min内(　A　) A.电动机线圈产生的热量为1.2×104 J B.电动机消耗的电能为1.2×104 J C.电动机对外做功1.2×105 J D.电源输入给电动机的功率为0.2 kW 知识点三 电流热效应的利用与危害 1.电热的利用:电烤箱、电熨斗、电烙铁、白炽灯等。 2.电热的危害:有些用电器产生的电热是电流在做额外功,造成不必要的能量损耗,有时甚至由于过热而烧坏电器设备。 3.电热危害的防止: (1)电器留有散热孔。 (2)用散热风扇降温。 (3)电器的线路板用电阻小的铜箔或银箔做导线。 (4)输电线常用电阻率较小的铝线或铜线为芯线。 下列属于防止电流热效应产生危害的实例是(　B　) A.家里使用电热水壶烧水 B.利用电视机后盖的小孔散热 C.家里使用电饭锅煮饭 D.小佳妈妈使用电熨斗熨衣服 同步变式拓展 10.下列做法不合适的是 (　A　) A.收看电视节目时,为了防尘及美观给电视机的后盖包上花布 B.保持电动机周围无易燃物且通风良好 C.电脑内的小风扇坏了,要及时修理或更换 D.尽量避免碰触正在发光的白炽灯泡 第一阶 基础过关精练 (选择题为单选) 1.(2023·福建)下列利用电流热效应工作的用电器是(　D　) A.电视机 B.电风扇 C.电脑 D.电炉 2.计算电流通过电风扇产生的热量,下面公式选用正确的是 (　C　) A.Q=Uit B.Q=t C.Q=I2Rt D.前面三个都可以 3.甲、乙两电热丝电阻之比为2∶3,通过的电流之比为3∶1,则相同时间内产生的热量之比为 (　B　) A.2∶1 B.6∶1 C.1∶2 D.1∶6 4.如图所示的四个电路中,电源电压相等,已知两根电热丝R1、R2为定值电阻,它们阻值的大小关系为R1>R2。在这四个电路中,在相同时间内电流产生的总热量最多的是(　C　) 5.(2023·南充)如图所示为电阻R1和R2的I-U图像,下列说法正确的是 (　D　) A.R2的阻值为10 Ω B.两电阻串联与并联的总阻值之比为9∶4 C.将两电阻串联接入电路,通电后,R1两端电压与R2两端电压之比为1∶2 D.将两电阻并联接入电路,通电1分钟,电流通过R1产生的热量与电流通过R2产生的热量之比为1∶2 6.(2023·无锡)如图所示是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图,电源电压为5 V,电热丝R阻值为1 Ω。闭合开关S,电热丝温度升高,利用电流的　热　效应实现高温封口,3 s内产生的热量为　75　J,若使用时总把塑料袋烫坏,可以　增大　(选填“增大”或“减小”)电热丝的阻值。 7.将电阻R1和R2串联后接在6 V的电源上,R1=40 Ω,R2=20 Ω,则通过R1的电流为　0.1　A,通电1 min,电阻R2所产生的热量为　12　J。 8.(2024·广元利州区期中)用如图所示装置探究“电流通过导体产生的热量的影响因素”,将装置接入电压为6 V的电路中,且相同的两个透明容器中封闭着等量、等温的空气,其中Ra=5 Ω,Rb=10 Ω,通电1 min后,U形管　b　(选填“a”或“b”)中液面高度差较大,这段时间内电阻丝b产生的热量Qb=　96　J。 9.如图甲所示,同学们正在用改装“自制灯泡”的装置探究“影响电流热效应的因素”,将瓶盖中间打一孔,插入带有红色液柱的细玻璃管,已知R1=R2<R3。 (1)乙图可探究电流产生的热量与　电阻　的关系。实验现象是:相同的时间内放R3的瓶中比放R1的瓶中红色液柱上升　高　 (选填“高”或“低”)。实验可得出的结论是在　电流和通电时间　相同时,　电阻　越大,电流通过导体产生的热量越　多　。 (2)利用丙图做实验还应控制　通电时间　相同。 (3)该实验用到了　控制变量　法和转换法。 10.(2024·成都成华区期末)如图所示电路中,定值电阻R1的阻值为30 Ω,R2的阻值为20 Ω,当开关S1闭合、S2断开时,电流表读数为0.2 A。求: (1)电源电压; 解:(1)由图可知,当开关S1闭合、S2断开时,只有R1工作,此时通过R1的电流I1=0.2 A 则电源电压:U=U1=I1R1=0.2 A×30 Ω=6 V (2)当开关都闭合,通电100 s,电流通过R2产生的热量。 (2)由图可知:当开关都闭合,R1、R2并联, 则R2两端的电压U2=U=6 V 故通电100 s,电流通过R2产生的热量: Q=R2t=t=×100 s=180 J 11.如图所示是一个额定功率为5.5 kW的电动机,已知其正常工作电压为220 V,线圈电阻为1 Ω。求: (1)电动机正常工作1 h消耗的电能; 解:(1)电动机正常工作1 h消耗的电能:W=Pt=5.5 kW×1 h=5.5 kW·h (2)电动机正常工作1 s,电流通过线圈所产生的热量。 (2)电动机正常工作时的电流: I===25 A 电动机正常工作1 s,电流通过线圈所产生的热量:Q=I2Rt=(25 A)2×1 Ω×1 s=625 J 第二阶 能力拓展训练 (选择题为单选或双选) 12.(2024·成都成华区期末)为了探究“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”,某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中,且R1<R2,瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是 (　AC　) A.闭合开关后,装R2电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快 B.该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系 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 13.某同学把在电学实验课上得到的数据绘制成I-U 图像,如图所示。其中图线①表示电阻R1,图线②表示电阻R2。根据图像信息,判断正确的是 (　BC　) A.R2为定值电阻,阻值不变 B.当R1两端的电压为10 V时,通过它的电流为1 A C.当通过R1的电流为0.2 A时,在1 min内电阻R1产生的热量为24 J D.当R1和R2并联在电压为4 V的电路中时,电路中总功率为1.6 W 14.如图所示,电源电压不变,滑动变阻器的最大阻值为R,R1、R2为定值电阻,已知R∶R1∶R2=1∶1∶2,当滑片P移到a端时,闭合开关S1、S2,通过R1与R2的电流之比是　2∶1　;当滑片P移到b端时,只闭合开关S2,通电1 min,R与R2产生的热量之比是　1∶2　。 15.把一段匀质导线对折后其阻值比原来的　小　(选填“大”或“小”);一个定值电阻两端的电压由2 V增大到4 V时,通过该电阻的电流增加了1 A,通电时间由1 s增加到2 s,则该电阻产生的电热增加了　14　J。 16.某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示,此时处于空挡位置。闭合开关S,旋钮绕P转动,实现挡位转换,旋至1挡时,R1、R2同时工作,洗衣机处于加热状态;旋至2挡时,R2和电动机同时工作,洗衣机处于保温洗涤状态。R1和R2均为电热丝,其阻值不受温度影响,R1=22 Ω,主要参数如下表。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)] ××牌智能滚筒洗衣机 正常工作电压 220 V 加热功率 2400 W 设定温度范围 30~90 ℃ 防电墙电阻 1×106 Ω (1)电热丝R1的加热功率是多少? 解:(1)由电路图可知:当旋钮旋至1挡时,电热丝R1与R2并联,洗衣机处于加热状态。 电热丝R1的加热功率: P1===2200 W (2)某次洗衣时,洗衣机内注入8 kg水,在正常工作电压下对水加热,水温由20 ℃上升到50 ℃,洗衣机的加热效率为60%,则洗衣机的加热时间是多少? (2)洗衣机内注入8 kg水,水温由20 ℃上升到50 ℃时水吸收的热量: Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×8 kg×(50 ℃-20 ℃)=1.008×106 J 洗衣机加热消耗的电能: W===1.68×106 J 洗衣机的加热时间: t'===700 s (3)若洗衣机处于保温洗涤状态时,干路中的电流为2 A,则电动机的功率是多少? (3)电热丝R1与R2并联时,洗衣机处于加热状态,R2的电功率: P2=P加热-P1=2400 W-2200 W=200 W 旋至2挡时,R2与电动机并联,洗衣机处于保温洗涤状态,干路中的电流为2 A, 此时电路的总功率: P保温=UI=220 V×2 A=440 W 故电动机的功率: PM=P保温-P2=440 W-200 W=240 W $$