6.1.3焦耳定律（课件）- 【上好课】2024-2025学年九年级科学上册同步精品课堂（华东师大版）

1.3 焦耳定律 YF 教学目标 一 01 认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用。 02 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 03 通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。 课堂引入 二 想一想 ①导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？ ②点亮的白炽灯泡过一会儿会烫手，说明什么？ 3 课堂引入 二 　　小明趁爸爸、妈妈不在的时候偷偷看电视，然后在爸爸、妈妈回来之前把电视关掉，做到神不知鬼不觉。可是，聪明的妈妈每次回到家里只要摸一下电视，就知道小明有没有看电视。 　　请问：小明的妈妈是怎么知道的呢？ 电视机工作时会发热！ 4 电流的热效应 三 （1）寻找以下用电器的共同特点 电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。 分析：用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。 （2）电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 1、电流的热效应 电流的热效应 三 主要利用电流热效应工作的装置称为电热器。如图所示的电热油汀、蒸汽电熨斗、电暖器、电水壶和电炉等都是电热器。 2、电热器 电流的热效应 三 　　通过电炉丝和导线的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热? 　　电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关? 交流讨论 电流的热效应 三 电流通过导体时产生的热量跟哪些因素有关？ 思考一下 电流 通电时间 电阻 电流的热效应 三 探究影响电流热效应的因素 活 动 进行猜想 提出问题 电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？ 　　②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?它们产生的热量是否与电阻有关？ 　　①电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关? 　　③给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？ 电流的热效应 三 设计实验 如图所示，将一段电阻丝浸没在一定质量的液体(如煤油)中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。因此，我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。 1、如何比较电阻丝中的电流大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 2、如何比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 3、如何比较通电时间对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 电流的热效应 三 1、如何比较电阻丝中的电流大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制？ 采用控制变量法进行实验。 在比较电阻丝中的电流大小对产生热量的影响时，需要控制电阻与通电时间相同，而电流不等。 可以选用同一根电阻丝接入电路，保持通电时间一定，调节滑动变阻器，改变电阻丝的电流。 设计实验 电流的热效应 三 采用控制变量法进行实验。 在比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响时，需要控制电流与通电时间相同，而电流不等。 可以选用两段阻值不等的电阻丝R1和R2分别安装在两个相同装置中，然后将它们串联接入电路，通电一段时间。 2、如何比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 设计实验 电流的热效应 三 采用控制变量法进行实验。 在比较通电时间对产生热量的影响时，需要控制电阻与电流相同，而时间不等。 可以选用同一根电阻丝接入电路，保持电流不变，改变通电时间。 3、如何比较通电时间对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 设计实验 电流的热效应 三 进行实验与收集证据 1、将同一根电阻丝接入电路，观察在一定时间内液体温度的变化。保持时间一定，调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流，进行多次实验。 实验现象：时间一定时，电流较大时温度计的示数变化大。 2、将两段阻值不等的电阻丝R1和R2分别安装在两个相同装置中，然后将它们串联后接入电路，通电一段时间，观测两个装置中液体温度的变化。 实验现象：阻值较大的电阻R1对应的温度计的示数变化大。 3、将同一根电阻丝接入电路，保持通过电阻丝的电流不变，改变通电时间，观察液体温度的变化。 实验现象：通电时间越长，温度计的示数变化越大。 电流的热效应 三 由上述实验可知，影响通电导体产生热量的因素有：电流、导体的电阻、通电时间。 实验结论 电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 电流的热效应 三 交流讨论 探究影响电流热效应的因素（第2套经典方案） （1）实验装置介绍（焦耳定律演示器） 透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。 【设计实验】 电流的热效应 三 （2）实验原理 如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。 加热前 加热时 Δh右 Δh左 液面相平 电流的热效应 三 （3）研究方法 ①控制变量法 在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 ②转换法 实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。 U形管液面的高度差越大，电流产生热量越多。 电流的热效应 三 0.22 （4）实验电路 为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。 电流的热效应 三 （5）进行实验 ①探究电流通过导体时产生的热量跟电阻是否有关？ 将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，使用学生电源供电（提供的电流大且稳定）。 ②电流通过导体时产生的热量跟电流是否有关？ 使两个密闭容器内部的电阻一样大，在右边容器的外部，将一个阻值相同的电阻R3和这个容器内的电阻R2并联；由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同。 电流的热效应 三 （5）实验记录表 实验次数 电流关系 电阻大小/Ω 通电时间 关系 U形管液面 高度差⊿h 左 右 左 右 左 右 左 右 1（左图） 相等 5 10 相等 2（右图） 大 小 相等 相等 大 大 小 小 电流的热效应 三 较暗 较亮 0.22 归纳实验结论 （1）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。 （2）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。 （3）在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 电流的热效应 三 根据事实，作出猜想： 事实1：时间越长，电炉丝产生的热量越多。 猜想1：导体产生的热量可能与______________有关。 事实2：电炉丝发热，而跟电炉丝相连的导线却不太热。 猜想2：导体产生的热量可能与______________有关。 事实3：短路时电池过热被烧坏。 猜想3：导体产生的热量可能与______________有关。 电流大小 通电时间长短 电阻大小 控制变量法 电流的热效应 三 设计电路图： I = 2I1 I A R1 = 5 Ω R2 = 5 Ω R3 = 5 Ω I1 R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω A 电热与电阻的关系 电热与电流的关系 电流的热效应 三 密封等量的空气，受热膨胀 　　产生的热量越多，空气膨胀越厉害，液面越高 　　电阻丝通电产生热量 实验装置 电流的热效应 三 电流的热效应 三 焦耳定律 四 　　焦耳（James Prescott Joule，1818—1889），英国物理学家。他用近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，焦耳于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 焦耳定律 四 电阻丝 电子温度计探头 电流产生的热量 Q放 水的温度变化量 Δt 盒内水吸收的热量 Q吸=cmΔt 【实验原理】 转 换 1、探究电流通过导体产生的热量跟电阻是否成正比？ 焦耳定律 四 【实验方案】 将不同阻值的电阻串联接入电路，使用稳定电源，并记录数据。 控制变量法 控制电阻，通电时间一定 焦耳定律 四 0.6 1.3 1.9 2.5 3.1 3.7 Δt/℃ R/Ω 结论：在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟电阻成正比。 焦耳定律 四 【实验方案】 将阻值一定的定值电阻与滑动变阻器串联接入电路，调节滑动变阻器改变电流，使用稳定电源，并记录数据。 2、电流通过导体产生的热量跟电流的定量关系。 焦耳定律 四 0.2 0.9 2 3.6 5.6 8.1 0.25 1 2.25 4 6.25 9 结论：在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟电流二次方成长比。 焦耳定律 四 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  公式中各物理量及其单位： I 表示电流，单位是安培（A） R 表示电阻，单位是欧姆（Ω） t 表示时间，单位是秒（s） Q表示热量，单位是焦耳（J） 焦耳定律 四 焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。 他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。即焦耳定律。 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。 人物介绍 主要成就 3、物理学家——焦耳 焦耳定律 四 4、推导焦耳定律   若电流做的功全部用来产生热量， 即 Q = W  因为电功 W = UIt   根据欧姆定律 U = IR 所以 Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。 焦耳定律 四 5、电功与电热 （1）电功与电热的区别 电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。 电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。 两者表示的意义不同，是两个不同的概念。 焦耳定律 四 （2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W 。 例如，电取暖器、电饭煲、热水器等这些用电器工作时电能全部转化为内能，产生的热量均可用下列公式计算： Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt 焦耳定律 四 ②非纯电阻电路 在该类电路中，电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能，即电热小于电功 Q热量＜W 。 例如，电风扇、洗衣机等。这种情况下，计算电流产生热量的公式为： Q =I2Rt I 表示电流，R 表示用电器（电动机）的电阻。 焦耳定律 四 6、电热的利用 电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体，用电阻率大、熔点高的金属导线制成的。 家中的热水器、电饭煲、电熨斗，养鸡场中的孵化器等都是利用电热的例子。 焦耳定律 四 芯片体积小、元件密集，当有电流通过时，不可避免地会产生热量。如果散热措施不当，将会影响芯片性能。 7、芯片的散热 （1）芯片的散热方法 计算机的中央处理器（CPU）、显卡的图形处理芯片（CPU），通常都装有散热器。散热器一般由电扇和散热片组成。散热片可以做成各种不同的形状，其目的都是增大与空气的接触面积。散热片通过铜片与CPU或CPU紧密接触，使产生的热量能迅速传导到散热片上。电扇叶片高速旋转向散热片吹风，达到散热的目的，从而使硬件的温度保持在允许的范围内。 如图所示的是扇形铜质散热器，它的电扇安装在机箱上，这样不仅可以避免散热片的共振，而且散热效果也比较好。 焦耳定律 四 （2）笔记本电脑、手机的散热方法 对于某些类型的笔记本电脑，特别是对手机来说，由于空间有限，不可能像普通计算机那样安装大型的散热器。它们通常采用以下三种方式散热。 一是采用石墨散热片，石墨具有良好的导热性，其晶体特性决定了它可以沿横向和纵向两个方向均匀导热；它还有良好的延展性，可以制成多层结构并填满内部空间，增大了散热面积，不仅散热效果好，而且还能防止局部过热。 二是采用真空腔均热板技术，均热板内壁是一层毛细结构，内部充入液体并抽真空。当芯片发热时，均热板内部的液体汽化吸热，气体转移到冷凝层再凝结为液体回流到均热板中，如此不断循环，从而达到散热的目的。 三是采用导热凝胶覆盖芯片，让芯片与散热部件紧密结合，提高导热效率。 当堂测试 五 1、若电视机、电烙铁和电风扇上都标有“220V，60W”的字样，它们都在额定电压下工作相同的时间，则三个用电器产生的热量是（　　） A．电烙铁最多 B．电视机最多 C．电风扇最多 D．一样多 A 当堂测试 五 A 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 当堂测试 五 3、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（　　） A．4：1 B．1：4 C．2：1 D．1：2 C 当堂测试 五 4、如图是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置。通电前，A、B两个U型管内的液面相平，通电一定时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则（　　） A．I1＝I2，A管中的液面较低 B．I1＝I2，A管中的液面较高 C．I1＞I2，A管中的液面较低 D．I1＞I2，A管中的液面较高 D 当堂测试 五 5、小明家有三个功率相同的电炉，小明将其中两个串联起来接在220 V的电路中，发现这两个电炉丝只是微微发红；将另一个电炉直接接在220 V的电路中，这个电炉丝很红，将一个电炉接入电路时产生的热量更多，小明觉得这一现象和焦耳定律冲突．你认为这一现象和焦耳定律冲突吗？请你分析其中的原因。 答：将两个电炉串联接入220 V的电路中与一个电炉接入电路相比，总电阻变大，根据 可知，电压不变，两个电炉串联后电路中的总电阻比直接将一个电炉接在电路中的总电阻大，所以相同通电时间内两个电炉串联后产生的热量变少。 课堂总结 六 ①电流的热效应：电流通过导体电能转化成内能的现象. ②电热器：主要利用电流热效应工作的装置. ③影响电流热效应的因素：电流、电阻和时间. ①内容：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比， 与导体的电阻成正比，与通电时间成正比. ②公式: Q=I2Rt  I 为电流，单位A；R为电阻，单位Ω； t 为通电时间，单位s； Q为热量，单位J. ③推导公式：Q=t=UIt 适用于纯电阻电路. ④电功与电热：纯电阻电路 Q=W 非纯电阻电路 Q<W. 应用：电热器。防止：散热器等. 电热器 焦耳定律 电热器 电流的热效应 电热的利 用和防止 48 THANKS THIS IS A ART TEMPLATE ,THE TEMPLATE DESIGN BY JERRY. 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