18.4焦耳定律-2024-2025学年人教版九年级全一册物理

第4节 焦耳定律 第十八章 电功率 学习目标 （1）通过列举生活中的用电器通电后都有热现象产生的实例，能准确概述出电流的热效应。 （2）通过活动体验，猜想电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关，会设计实验并进行探究。 （3）通过自主学习焦耳定律的有关内容，会应用焦耳定律公式进行计算。 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？ 衔接：首先我们来欣赏几幅图片。(呈现顺序：上海、北京、广州、三亚) 夜幕降临，各种各样的灯被点量，整个城市变得灯火辉煌，灯之所以能亮是因为有电荷流过。 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？ 电热水壶 电烤箱 电能→内能 衔接：看来，正是因为有了电池的推动，加上导线的连通，才使电路中的电荷源源不断地定向移动。电荷的定向移动就会形成电流。如何理解呢？我们来看一段视频。 刚才实验中小灯泡亮了起来、小电动机转了起来都是因为电路中有了电流。 还记得上节课金属导电靠的是什么吗？（自由电子）那么我们接通电流之后，这些自由电子…… 电流的热效应：电流通过导体时电能转化为内能。 电饭锅 电热毯 电熨斗 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 练习：如图所示的常见电器中，不是利用电流热效应工作的是（　　）； B A.电炉 B.电动机 C.电饭煲 D.电熨斗 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 我怎么热不起来呢？ 电流产生热的多少跟什么因素有关？ 电炉工作时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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。 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 实验装置 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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 液面上升是由于气体热胀冷缩 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 实验1：研究电热与电阻关系 R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω A 在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 实验2：研究电热与电流关系 I = 2I1 I A R = 5 Ω R = 5 Ω R = 5 Ω I1 在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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。 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 二、焦耳定律 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。 　　2．公式：Q = I2Rt  　　3．单位：焦耳（J） 衔接：在明确了电流的方向后，同学们请回顾自己刚才组装好的几个电路，你们发现它们有什么共同之处吗？…… 如果拆掉电池换别的电池，小灯泡还会亮吗？--引出电源 　　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 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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。 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 像电阻丝这种，电流通过它时将消耗的电能全部转化为电热。即：Q = W = UIt ，U=IR 　　就得到Q = I 2 R t  如：电暖器，电饭锅，电炉子等。 纯电阻电路 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 像电风扇这种，它把消耗的电能主要转化为电机的机械能，只有少部分电能转化为电热。此时 　　 非纯电阻电路 W(=UIt) ＞ Q(=I²Rt ) 此时欧姆定律也不再适用； 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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。 衔接：上节课我们连接了很多电路图，现在老师要求你将你连接的电路画在作业本上。你觉得好画吗？（老师可以将电路连接好之后让学生动手试试，使他们感觉到这事不容易。） 就像蒙娜丽莎的油画一样，让你画这些细微的地方，你很难画好，也很难画得像，就算你很厉害你能把它画出来，也是比较费时间的。等你画好一节课可能就过去了。于是我们可以这样（出示蒙娜丽莎的简图），让别人知道这是蒙娜丽莎就足够了，我们的目的不是让别人欣赏而是让别人明白这是什么。所以我们可以简单地画出电路的简图。 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。 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 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 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… 1.电流通过导体时，电能转化为热的现象，叫电流的热效应。 2.焦耳定律：Q=I²Rt 3.要从通风、散热等角度来有效地防止电热的危害。 课堂小结 衔接：同学们还记得之前的实验吗?（回答定向移动） 这种电荷的定向移动瞬间就结束了，实际生活中灯泡发光需要电荷不断地流过小灯泡。那么…… $$