15.4 探究焦耳定律----2024-2025学年沪粤版物理九年级上学期

第十五章　电能与电功率 15.4　探究焦耳定律 九年级上册•沪粤版 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。（重点、难点） 3.知道电流热效应的利用与危害。 学习目标 学习导入 生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。 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。 一、电流的热效应 课程讲授 电烤箱 电烙铁 电热水壶 生活中利用电流热效应的用电器 优点：清洁、无污染、热效率高，便于控制和调节等。 缺点：浪费电能，造成电线老化,影响用电器使用寿命。 电流的热效应有什么利和弊？ 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? 　　 二、通电导体放出的热量跟哪些因素有关 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 1.提出问题： 2.猜想假设： 导体的电阻 导体中电流 通电的时间 有关 电热的大小可能跟 6 3.设计实验 （1）实验方法 ①一个物理量可能与多个因素有关时，采用控制变量法。 ②对不易测量或观察的物理量，采用转化法。 如图所示，控制电阻R、电流 I 相同，闭合开关，每隔一定时间记录一次温度计的示数，比较通电时间对电热的影响。 （2）实验方案 实验一：探究电流产生的热量与通电时间的关系 实验结论：在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多。 相同时间内通过 R 的电流为 I，移动 R0 的滑片，使通过 R 的电流为 2I。比较R 两次所产热的多少。 实验二：探究电流产生的热量与电流的关系 实验结论：在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。 如图所示，R2＞R1，控制通过导体的电流和通电时间不变，比较温度计的示数。 实验三：探究电流产生的热量与电阻的关系 实验结论：在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。 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  3.单位：焦耳（J） 电流 I 的单位：A 电阻 R 的单位：Ω 时间 t 的单位：s 热量 Q 的单位是：J 三、焦耳定律 11 　 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889），英国物理学家。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。 焦 耳 例题 一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源上，在5 min内共产生多少热量？ 分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。 解： I = U R = 36V 60Ω =0.6A Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J 练一练 4.根据电功公式和欧姆定律推导焦耳定律   非纯电阻电路：W总＞Q (W总＝UIt =W外＋Q) Q = W = UIt = I2Rt 根据欧姆定律U =IR 又已知W =UIt  若电流做的功全部用来产生热量即Q = W   焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用Q =W = UIt = Pt = 来计算热量。 U2 R t 纯电阻电路：W总=Q放=Pt =UIt = =I2Rt U 2 R t 电流热效应与电阻关系 1.在串联电路中，由P=UI，U=IR，可以得出P= 。 这个式子表明：电流相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成 。 2.在并联电路中，由P=UI， ， 可以得出P= 。 这个式子表明：电压相等时，在一定时间内，导体产生的热量跟电阻成 。 I²R 正比 反比 U 2 R 15 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? 因导线电阻很小（0.01～0.001Ω），而电炉电阻很大（几十、几百欧姆），而且导线与电炉丝是串联关系，电流和通电时间相等，根据Q=I2Rt，导线生热很微小，故感觉不热。 想一想 某电动机上标有“220 V 2 A”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×60s=26400J 线圈中产生的热量Q=I2Rt=(2A)2×5 Ω×60s=120J 得到的机械能W机=W总－Q =26400J－120J=25200J 练一练 1.电热的利用 四、电热的利用和防止 （1）电热器：把电能转换为内能的装置。 （2）电热器的原理：利用电流的热效应 电饭锅 电热水壶 电热取暖器 电热孵化器 18 2.电热的危害 (1)电热的危害:轻则用电器烧坏；重则引发火灾。 (2)防止措施有： ① 设法减少产生的热量。 ② 可以设法散热。 投影仪的散热窗 电脑CPU的 散热片和风扇　 主板上的散热片 19 电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。 （1）列举两个生活或者生产中利用电流热效应的实例 电热毯、电烙铁、电饭锅、电热孵化器等 （2）列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施 电脑主机有风扇散热;电视机上的散热窗、电动机外壳有许多散热片 想一想 20 焦耳定律 电流的热效应 焦耳定律 特征：电流通过导体会发热 探究电流热效应跟哪些因素有关 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  Q = I2Rt 的推导公式的应用 课堂小结 1.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 课堂练习 2.将一台“220V 100W”的电风扇，一个”220V 100W”的充电器，一把“220V 100W”的电烙铁分别接在220V的电源上，在相同时间内，电流通过他们时发热功率最大的是 （ ） A.电烙铁 B.充电器 C.电风扇 D.一样多 A 解： 因为电烙铁消耗的电能全部用来发热，所以 Q=W=Pt=40W×10×60s=24000J 3.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210Ω，它的额定功率有多大？在额定电压下通电10min产生多少热量？ 24 解： 4.某校师生自制了一台电烘箱。电烘箱的电阻丝通过5A的电流时，每分钟可产生6.6×104J的热量。求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。 25 $$