18.4 焦耳定律 课件-2025-2026学年人教版（2024）物理九年级全一册

第十八章　电功率 第4节　焦耳定律 1 【主题与课时】 人教2025版物理九年级第十八章第4节，1课时 【学习目标】 1. 通过自主学习，知道电流热效应的现象及能量的转化。通过实验探究影响 电流热效应的因素，知道焦耳定律的内容。 2. 通过探究影响电流热效应的因素，理解焦耳定律的内容，会利用焦耳定律 公式进行简单的计算。 3. 通过焦耳定律公式，能够解释一些生活中的简单现象，并通过小组合作， 举例说出生活中利用电热的实例，知道电热的危害和防止方法。 【评价任务】 完成任务一——检测学习目标1 完成任务二——检测学习目标2 完成任务三——检测学习目标3 【资源与建议】 1. 焦耳定律是初中物理学习的重要定律之一，是能量守恒定律在电功与内能 之间转化的具体体现，重点、难点是焦耳定律的理解与运用。在学习过程中 体悟“从生活走向物理，从物理走向社会”等物理思想。 2. 本节课的学习，需依次研究3个问题：电流的热效应→焦耳定律→电热的 利用和防止。可以通过对任务一、二、三的学习突破以上重难点；可以通过 “练习与应用”的完成情况来判断自己对学习目标的掌握程度。 【学习过程】 任务一：认识并探究电流的热效应 学生活动1：自学教材P120，思考下列问题： （1）什么是电流的热效应？ （1）电流通过导体时电能转化为内能。　 （2）你身边哪些用电器是利用电流热效应工作的？举出实例。 【想一想】 电炉发热时，电热丝发红，而与它串联的导线几乎不发热。换句话说，电流 通过导体时产生热量的多少跟哪些因素有关？ （2）电饭锅、电烙铁等。与电流、导体电阻和通电时间有关。 实验指导：探究电流产生的热量与电阻和电流的关系。 学生活动2：探究电热Q与电阻R的关系 1. 当探究产生热量Q与电阻R的关系时，如何控制变量？一个10 Ω、两个5 Ω 的电阻丝，我们怎么选？ 2. 如何才能更好地让通过两个定值电阻的电流、通电时间一样？ 略　2.略 1.略　2.略 3. 按照实验装置做实验，将实验结果填入下表： 表一：电流相等 电阻/Ω 时间/min U形管内液面高度差/cm 5 10 【实验表明】在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的 ⁠ ，这段电阻丝产生的热量越 ⁠。 电阻越 大　 多　 学生活动3：探究电热Q与电流I的关系 【实验指导】两个容器中密封同样的定值电阻，在另一个容器的外部，将一 个定值电阻和这个容器内的定值电阻并联，因此通过两容器中的定值电阻的 电流就不同。 表二：电阻相同 电流/A 时间/min U形管内液面高度差/cm 1 0.5 【实验表明】在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的 ⁠ ，这段电阻丝产生的热量越 ⁠。 电 流越大　 多　 学生活动4： 【说一说】烧半壶水和一壶水所需时间不同，说明电流产生的热量和哪个因 素有关？ 通电时间 学生活动5：阅读教材P121总结出焦耳定律，明确公式Q＝I2Rt中各个字母表 示的物理量及其单位。 评价1： 1. 电热器是利用电流的 制成的加热设备，是将 ⁠能转化 为 能的过程，请你再写出两种常见的电热器：① ；② ⁠ ⁠。 2. 焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的 成正比，跟导体 的 成正比，跟通电 成正比。公式：Q＝ ⁠。 3. 为什么电炉丝热得发红，而跟它相连的导线却几乎不发热？ 由于电炉丝和导线 联，通过的电流和通电时间 ，但电炉丝的 电阻比导线的电阻 ，由Q＝ 可知，电炉丝产生的热量比导 线 ，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。 热效应　 电　 内　 电饭煲　 电 热水器　 二次方　 电阻　 时间　 I2Rt　 串　 相同　 大　 I2Rt　 多　 4. 一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源两端，5 min内共产生多少热量？ 解：Q＝＝×300 s＝6 480 J。 任务二：理解焦耳定律 学生活动：根据电能与内能关系及欧姆定律，推导焦耳定律公式Q＝I2Rt。 思考：额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时 间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热 量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？ 焦耳定律公式推导为：在纯电阻电路中，由W＝UIt，结合U＝IR，得到Q＝ I2Rt；对于思考中的问题，二者不矛盾，原因是前者基于电压相等，后者基 于电流相等。 评价2： 四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4。如图甲所示，电阻为R1、R2的电 阻器串联后接在电压为U的电路中；如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并 联后，也接在电压为U的电路中。已知R1＝R3，R2＝R4，R1＞R2。 （1）电阻为R1和R2的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ 解：（1）在串联电路中，通过电阻为R1 和R2两个电阻器的电流相等。根据焦耳 定律Q＝I2Rt，当I、t相同时，Q与R成正 比，由于R1＞R2，因此相同时间内电阻 为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。 （2）电阻为R3和R4的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ 解：（2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律和欧姆定律，可得Q＝；由公式可知，电压相同时，相同时间内电阻器放出的热量与它们的电阻成反比，且R3＞R4，因此相同时间内电阻为R4的电阻器放出的热量比电阻为R3的电阻器多。 任务三：知道电热的利用和防止 阅读教材P123，完成电热的利用和防止的相关内容： 1. 电热的利用——电热器：把 能全部转化为 能的用电器， 如 、 等。 2. 电热的危害及防止：电热会使用电器温度过高，产生许多安全隐患。为了 降温，常通过散热板、散热窗、 等散热。 电　 内　 电热水壶　 电暖器　 风扇　 评价3： 下列事例，属于防止电流热效应产生危害的是（　D　） A. 养鸡场使用电热孵化器孵小鸡 B. 家里使用电热水壶烧水 C. 小明妈妈用电熨斗熨衣服 D. 电脑温度过高时，风扇会及时启动，给电脑降温 D A组：夯实基础 1. 以下用电器是利用电流的热效应工作的是（　C　） A. 扫地机器人 B. 抽油烟机 C. 空气炸锅 D. 手机 C 2. 如图是“探究电流通过导体时产生的热量与电流的关系”的实验装置。 R1、R2、R3是三个定值电阻，两个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。下列说法正确的是（　B　） A. 因为液体的热胀冷缩，导致U形管液面高度的变化 B. R1与R2的电阻必须相等 C. R2与R3的电阻必须相等 D. 拆下R3，即可探究“电流通过导体产生的热量与电阻 的关系” B 3. 在实验中，为了探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”，按照 如图一、二所示安装实验器材，其中甲、乙玻璃瓶内装有初始温度相同、质 量相等的煤油，内部各装有电阻R1和R2（R1的电阻大于R2）。 （1）图一中的实验装置可探究电流产生的热量与电阻的关系。电流通过电 阻时产生的热量的多少是通过观察 判断的，若温度计 A的末温高于B温度计，则实验结论为 ⁠ ⁠。 温度计示数的变化　 在电流和通电时间相同的情况下，电 阻越大，电流产生的热量越多　 （2）由于实验室煤油储备不够，有一组同学将玻璃瓶内的煤油换成了水， 加热一段时间后，这组同学发现温度计示数变化几乎无差别，则出现这一现 象的主要原因是 ⁠。 水的比热容大，吸热后温度升高不明显　 （3）另一组同学探究电流大小对产生热量的影响时，将R1和R2并联后接入电 路，如图二所示，闭合开关通电一段时间后，此过程中，通过电流大的电阻 是 ，产生热量多的电阻是 （前两空均选填“R1”或“R2”）， 得出产生热量多的依据是 ⁠ ⁠ ⁠ 。该小组同学的实验探究方案正确吗？说明你的理由， 答： （选填“正确”或“不正确”），理由： ⁠ ⁠。 R2　 R2　 将R1和R2并联后接入电路，电阻R1和R2消耗的电 能全部转化为内能，Q＝W，根据公式W＝t，两电阻并联，所以两电阻两 端电压U相等；开关在干路上，所以通电时间t相等，R1的电阻大于R2，所以 R2产生的热量更多　 不正确　 实验中未能控制 电阻不变　 4. 如图甲所示，规格相同的容器装了相同质量的A、B两种液体。用不同的 加热器加热（R1∶R2＝2∶3，忽略它们与外界之间的热传递），得到图乙所示 的温度与加热时间的图线。则（　D　） A. R1的电功率比R2的大 B. 加热相同的时间，两电阻产生的热量相同 C. 两种液体的比热容不相同 D. 升高相同的温度，两杯液体吸收的热量相同 D B组：拓展提高 5. 用图中的装置进行实验，定值电阻R1和R2分别加热容器内同种的油（甲瓶 中的油比乙瓶中的多）。两定值电阻工作相同时间，油均未沸腾，观察到甲 温度计升温比乙温度计多，该过程定值电阻产生的热量全部被油吸收。根据 上述信息，可判断（　B　） A. R1＜R2 B. R1＞R2 C. R1产生的热量与R2一样多 D. R1的实际功率比R2的小 B 6. 某款家用电热水壶内部部分简化电路如图1，其中R1和R2为电阻不变的发 热电阻（R1＜R2），电热水壶有高功率的加热挡和低功率的保温挡。利用智 能插座记录该电热水壶工作时的电压、电流与时间的关系如图2和3所示，在 0～4 min时，电热水壶的开关S接到A端，4 min后开关S接到B端。 （1）当开关S接B端时，流过R1的电流I1 （选填“大于”“小于”或 “等于”）流过R2的电流I2。 解析：（1）由图1可知，当开关S接B端时，R1与R2串联，由于串联电路中各 处的电流相等，所以此时流过R1的电流I1等于流过R2的电流I2。 等于　 （2）当开关S接A端时，电热水壶是加热挡还是保温挡？ 。理由 是 ⁠。 解析：（2）当开关S接B端时，R1与R2串联，电路的总电阻较大；当开关S接 A端时，电路为R1的简单电路，电路的总电阻较小，电源电压一定，由P＝ 可知，当开关S接A端时，电路中总电阻小，此时电路消耗的电功率较大，所 以电热水壶处于加热挡；当开关S接B端时，电路中的总电阻较大，电路消耗 的电功率较小，电热水壶处于保温挡。 加热挡　 见解析　 （3）求该热水壶在0～1 min时消耗的电能。 96 000 J 解析：（3）由图3可知，在0～1 min时电路中的电流I＝8 A，由图2可知，电 源电压保持200 V不变，故在0～1 min内，该热水壶消耗的电能W＝UIt＝200 V×8 A×1×60 s＝96 000 J。 解析：（4）由题意可知，在0～4 min时，电热水壶的开关S接到A端，电路 为R1的简单电路，电源电压保持200 V不变，电路中的电流I＝8 A，根据欧姆 定律可得，R1的电阻R1＝＝＝25 Ω。 由图3可知，在5～6 min时电路中的电流为I'＝0.04 A，R1在5～6 min时产生 的热量Q＝I'2R1t＝（0.04 A）2×25 Ω×1×60 s＝2.4 J。 （4）求R1的电阻，及其在5～6 min时产生的热量。 25 Ω　2.4 J 1. 是否精准区分焦耳定律在纯电阻与非纯电阻电路的应用，避免与电功公式 混淆误用？ 2. 实验中是否熟练运用控制变量法与转换法，能否分析误差来源并提出改进 方案？ 参考答案 【学习过程】 任务一： 学生活动1： （1）电流通过导体时电能转化为内能。　（2）电饭锅、电烙铁等。 【想一想】与电流、导体电阻和通电时间有关。 学生活动2： 1. 略　2.略 【实验表明】电阻越大 多 学生活动3： 【实验表明】电流越大　多 学生活动4： 【说一说】通电时间 评价1： 1. 热效应　电　内　①电饭煲　②电热水器 2. 二次方　电阻　时间　I2Rt 3. 串　相同　大　I2Rt　多 4. 解：Q＝＝×300 s＝6 480 J。 任务二： 学生活动： 焦耳定律公式推导为：在纯电阻电路中，由W＝UIt，结合U＝IR，得到Q＝ I2Rt；对于思考中的问题，二者不矛盾，原因是前者基于电压相等，后者基 于电流相等。 评价2： 解：（1）在串联电路中，通过电阻为R1和R2两个电阻器的电流相等。根据焦 耳定律Q＝I2Rt，当I、t相同时，Q与R成正比，由于R1＞R2，因此相同时间内 电阻为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。 （2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律 和欧姆定律，可得Q＝；由公式可知，电压相同时，相同时间内电阻器放 出的热量与它们的电阻成反比，且R3＞R4，因此相同时间内电阻为R4的电阻 器放出的热量比电阻为R3的电阻器多。 任务三： 1. 电　内　电热水壶　电暖器 2. 风扇 评价3： D 【作业与检测】 1. C　2.B 3. （1）温度计示数的变化　在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大， 电流产生的热量越多 （2）水的比热容大，吸热后温度升高不明显 （3）R2　R2　将R1和R2并联后接入电路，电阻R1和R2消耗的电能全部转化为 内能，Q＝W，根据公式W＝t，两电阻并联，所以两电阻两端电压U相等； 开关在干路上，所以通电时间t相等，R1的电阻大于R2，所以R2产生的热量更 多　不正确　实验中未能控制电阻不变 4. D　5.B 6. （1）等于 （2）加热挡 见解析 （3）96 000 J （4）25 Ω 2.4 J 解析：（1）由图1可知，当开关S接B端时，R1与R2串联，由于串联电路中各 处的电流相等，所以此时流过R1的电流I1等于流过R2的电流I2。 （2）当开关S接B端时，R1与R2串联，电路的总电阻较大；当开关S接A端 时，电路为R1的简单电路，电路的总电阻较小，电源电压一定，由P＝可 知，当开关S接A端时，电路中总电阻小，此时电路消耗的电功率较大，所以 电热水壶处于加热挡；当开关S接B端时，电路中的总电阻较大，电路消耗的 电功率较小，电热水壶处于保温挡。 （3）由图3可知，在0～1 min时电路中的电流I＝8 A，由图2可知，电源电压 保持200 V不变，故在0～1 min内，该热水壶消耗的电能W＝UIt＝200 V×8 A×1×60 s＝96 000 J。 （4）由题意可知，在0～4 min时，电热水壶的开关S接到A端，电路为R1的 简单电路，电源电压保持200 V不变，电路中的电流I＝8 A，根据欧姆定律可 得，R1的电阻R1＝＝＝25 Ω。 由图3可知，在5～6 min时电路中的电流为I'＝0.04 A，R1在5～6 min时产生 的热量Q＝I'2R1t＝（0.04 A）2×25 Ω×1×60 s＝2.4 J。 $$