3.6 电能（第4课时）（教学课件）-【上好课】九年级科学上册同步高效课堂（浙教版）

3.6 电能（第4课时） 第3章 能量的转化与守恒 科学浙教版 九年级上册 学习目录 常用电热器 焦耳定律 学习目标 知道电热器的制作原理是电流的热效应，会描述焦耳定律的内容； 了解电热器的主要组成部分。 课堂导入 夏天，你使用电热驱蚊器吗？冬天，你使用电取暖器吗？这些用电器工作时都会发热，你知道它们的工作原理吗？ PART 01 常用电热器 一、常用电热器 你知道以下用电器工作时的能量转化吗？ 用电器工作时，均将电能转化为内能 概念：电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。 实质：从能量的转化看，电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。 一、常用电热器 利用电流做功将电能转化为内能的装置叫做电热器 你知道还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？ 电暖气、电热锅、电热水器等需要加热的用电器 一、常用电热器 不同电热器的组成部分不同，常见电热器的组成部分包括‌发热体、电源、温控器、外壳等。 电热器的主要组成部分是发热体，它由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成。 一、常用电热器 思考与讨论 电流的热效应有什么利和弊？ 利：无污染，热效率高，方便控制和调节温度； 弊：在家庭电路中，由于长期的电流热效应，导线外的绝缘层会加速老化，甚至会燃烧而引发火灾；会影响家用电器的使用性能和寿命；浪费能源。 一、常用电热器 思考与讨论 怎样减少电流热效应的伤害呢？ 防止措施：加装散热系统，如散热电扇或为了更好散热而特别设计的结构（如散热窗）；减小电阻以减少由于电流热效应造成的能量损失，如超导材料的应用。 一、常用电热器 探究影响电热的因素 【提出问题】 电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢？ 【猜想与假设】 可能与导体的电阻有关，还可能与电流的大小及通电时间有关。 【实验设计】影响电热的因素很多，因此实验采用 法； 电阻丝产生的热量看不见，可利用电阻丝产生的热量使玻璃管内煤油上升的高度进行比较，该方法为 法。 控制变量 转换 一、常用电热器 【实验图及器材】 2只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝和。 烧瓶与玻璃管相当于液体温度计，只要比较2根玻璃管内液面上升的高度，就可以比较出液体温度上升的高低，进而比较2根电阻丝放出热量的多少。 一、常用电热器 【实验步骤】 控制电流和通电时间相同，研究电热与电阻的关系 （1）将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置； （2）闭合开关，记下电流表的读数； （3）经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置； （4）比较2根玻璃管内液面上升的高度； 可以推测得出：当电流相等时，电阻越大，电流产生的热量越 。 大 一、常用电热器 控制电阻和通电时间相同，研究电热与电流的关系 （5）当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关，记下电流表的读数； （6）经过与第一次相同时间的通电后，标出甲瓶（或乙瓶）玻璃管内液面的位置。 （7）与上次该玻璃管内液面上升的高度进行比较； 可以推测得出：当电阻相等时，电流越大，电流产生的热量就越 。 大 一、常用电热器 控制电流和电阻相同，研究电热与通电时间的关系 （8）保持上述实验中电流大小不变，延长通电时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并做标记； （9）比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论； 可以推测得出：当电阻、电流相等时，通电时间越长，电流产生的热量就越 。 大 电流越大，电阻越大，通电时间越长，产生的电热就越多。 PART 02 焦耳定律 二、焦耳定律 通过进一步实验可以得出： 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。这个规律叫做焦耳定律，它是由英国科学家焦耳最先发现的。 焦耳定律可以用以下的公式表示： 焦耳定律是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，都可以用它来计算导体所产生的热量。 二、焦耳定律 思考与讨论 电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？ 电熨斗通电时可以认为将电能全部转化为内能，而电吹风机将一部分电能转化为内能，将另一部分转化为机械能，使被加热的空气能以较大的速度运动，形成风。 二、焦耳定律 电功与电热的关系 ①只有在电能全部转化为内能的电路中，电热才等于消耗的电能，即。这种情况下，焦耳定律也可以利用电功公式和欧姆定律推出。 ②若消耗的电能中只有一部分转化为内能，而其他的电能转化成了其他形式的能量，则； 如电流通过电动机时，大部分电能转化成了机械能，只有一小部分电能转化成了内能。消耗的电能，产生的电热来计算。 二、焦耳定律 【例题】如图是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关S接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到烧开；当自动开关S断开时，电饭锅处于保温状态。图中R2是加热用的电热丝，阻值为55欧；R1是电阻，阻值为145欧。试求： （1）在加热状态下，电饭锅正常工作30分钟产生多少热量？ （2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率多大？ 解：（1）在加热状态下，开关S接通，电路中只接入电热丝R2，因此通过 R2的电流： 根据焦耳定律，R2上产生的热量：。 （2）在保温状态下，开关S断开，电阻R1与电热丝R2相串联，假设此时电路中的电流为I′，根据串联电路的电压特点：，， 电饭锅消耗的功率： 。 二、焦耳定律 思考与讨论： 上面这个问题还可以用什么方法来求解？ （1）由于电饭锅将电能全部转化为内能，因此产生的电热等于其消耗的电能，即等于电流做的功。 （2） 课堂练习 例1. 如图是探究电流产生热量与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法不正确的是（ ） A.该实验装置是为了研究电流产生的热量与电流的关系 B.将左边容器中的电热丝换成10Ω，就可以研究电流产生的热量与电阻的关系 C.通电一段时间后，左侧U形管比右侧U形管中的液面高度差大 D.该实验装置是通过U形管液面高度差来反映电热丝产生的热量多少 B 课堂练习 【解析】A.根据题意知道，密封盒中的电阻是相同的，但电阻通过的电流是不同的，所以此实验是为了探究电流产生的热量与电流的关系，故A正确，不符合题意； B.将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，电阻不同，且通过盒中电阻丝的电流也是不同的，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故B错误，符合题意； C.由于左侧电阻中的电流大于右侧盒中电阻的电流，在电阻相同的情况下，左侧盒中的电热多，所以左侧U形管中液面的高度差大，故C正确，不符合题意； D.电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但盒中空气的温度的变化导致盒中空气体积的变化，即可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法，故D正确，不符合题意。 故选B。 例2. 如图所示为有“高、中、低”三挡调温功能的加热器电路图，电热丝R1的电阻小于电热丝R2的电阻。对电路的分析正确的是（ ） A.只闭合S1，加热器处于低温挡工作 B.高温挡消耗的电能比中温挡消耗的电能多 C.闭合S1与S2时，R1和R2并联 D.闭合S1与S2时，R1两端的电压大于R2两端的电压 课堂练习 C 课堂练习 【解析】A.只闭合S1，电路为R1的简单电路，因电热丝R1的电阻小于电热丝R2的电阻，根据可知，R1单独工作时的功率大于R2单独工作时的功率，而小于R1和R2同时工作时的功率，因此加热器处于中温挡，故A错误； B.根据W=Pt可知，电路消耗的电能除了与功率大小有关，还与通电时间长短有关，时间不确定，电路消耗的电能多少无法确定，故B错误； C.闭合S1与S2时，电流的路径有两条，且两电阻分别在一条支路上，因此为两电阻并联，故C正确； D.闭合S1与S2时，两电阻并联，根据并联电路电压特点可知，R1两端的电压等于R2两端的电压，故D错误。 故选C。 例3. 某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图所示，两个透明容器中密封着等量空气，U形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝。 （1）将图甲闭合开关，通电一段时间后，若发现图甲中的U形管的液面高度几乎不变，出现该现象的原因可能是 ； （2）让两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻和这个容器内的电阻并联（如图乙所示）。移走图甲中的电阻，换接图乙中的电阻到电路中，重新做这个实验。在通电时间相同的情况下，观察U形管中液面高度变化，由此得到的结论是 。 课堂练习 通电时间太短或装置漏气或电路中电流太小 当电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多 课堂练习 【解析】（1）因串联电路中各处的电流相等，所以，两电阻丝串联时通过它们的电流相等；由知道，在电路和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，密闭空气吸收热量后，体积膨胀，右侧气体膨胀更大所以右侧中的液面较高；通电一段时间后，若发现图甲中的U形管的液面高度几乎不变，出现该现象的原因可能是空气盒气密性不好。 （2）在乙装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点知道，B端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知道，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即右侧盒外并联5Ω电阻作用是改变通过密闭盒内电阻的电流；根据U形管液面的高度知道，电流越大，热量越多；故结论为：在电阻和时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。 课堂总结 电能 常用电热器 焦耳定律 电热器 电流的热效应 焦耳定律内容和公式 电功与电热的关系 探究影响电热的因素 3.6 电能（第4课时） 谢谢观看 科学浙教版 九年级上册 $$