第3节 焦耳定律（教学课件）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

沪科版（五·四学制） 九年级上册 第13章 电功率 第3节 焦耳定律 01 02 03 04 05 CONTENTS 电流通过导体产生的热量与哪些因素有关？ 焦耳定律 哪些常见现象与电流热效应有关？ 学习目标 1. 理解电流的热效应的概念； 2. 知道电流产生的热量与哪些因素有关； 3. 学习焦耳定律的内容； 4. 焦耳定律的公式、计算及应用； 5. 电功、电热的有关公式及适用范围，及它们的联系与区别； 6. 电流热效应的应用。 重点难点 教学重点： 1.电流产生的热量与哪些因素有关； 2.焦耳定律的内容、公式，有关计算及其应用； 3.电功、电热有关计算，及其应用分析。 1.灵活运用电功、电热的计算公式及其适用范围； 2.焦耳定律的综合应用。 教学难点： 情景引入 在寒冷的冬日，我们可以打开取暖器使房间温度升高，待在取暖器旁就会感到暖意融融（图 13-3-1 ）。取暖器有不同的加热方式，其中一种类型的取暖器内部布满了一圈圈紧密缠绕的金属丝。取暖器放出的热量从何而来呢？这些金属丝又起什么作用呢？ PART ONE 电流通过导体产生的热量与哪些因素有关？ 1.电流的热效应：电流通过导体时，导体会发热，内能增加， 这种现象叫做电流的热效应。 2.举例：取暖器、电热水壶、灯泡、导线等工作时发热，都是电流的热效应。生活经验告诉我们，这些导体产生的热量差异巨大。 取暖器 电热水壶 灯泡 导线 探究新知 电热毯和导线通过电流相同，为什么电热毯很热，而导线却不那么热? 猜想：可能与电阻有关。电阻越大，电流产生的热量越多。 我们知道，电流产生的热量和通电时间有关，通电时间越长，产生的热量越多。除此之外，电流产生的热量还与哪些因素有关呢？ 电流产生的热量与哪些因素有关？ 为什么插座上插的用电器越多，插座及导线越来越热？ 猜想：可能与电流有关。电流越大，电流产生的热量越多。 因此，电流产生的热量可能与电流、电阻、通电时间有关。 取甲、乙、丙三根电热丝，甲、丙电热丝的电阻相等，乙电热丝的电阻较大。将三根电热丝分别浸入装有煤油的三个瓶子中，且三个瓶中煤油的质量和初温都相等。可将温度计或温度传感器探头插入煤油中测量温度。 自主活动 1. 研究电流、通电时间一定时，电流产生的热量与电阻的关系：如图13-3-2（a）所示，将甲、乙电热丝串联接入电路，接通电源一段时间后断开，观察比较两瓶中煤油的最终温度。 图13-3-2 （a） 探究电流产生的热量与电阻的关系 现象：乙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电阻有关。且导体电流、通电时间一定时，导体电阻越大，产生的热量越多。 2. 研究电阻、通电时间一定时，电流产生的热量与电流的关系： 如图13-3-2（b ）所示，将丙电热丝单独接入电路，设法使通过它 的电流与实验1中通过甲电热丝的电流大小明显不同，但通电时间相同。 观察比较甲、丙两瓶中煤油的最终温度。 图13-3-2 （b） 探究电流产生的热量与电流的关系 现象：（以通过丙电热丝的电流比甲的大为例）丙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电流有关。且导体电阻、通电时间一定时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 调节滑动变阻器 电流 电阻 通电时间 电流通过导体产生的热量 通过上述实验发现，电流通过导体产生的热量还与电流和电阻有关。通过导体的电流越大、导体电阻越大、通电时间越长，产生的热量越多。 PART TWO 焦耳定律 电流通过导体时产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体电阻成正比，与通电时间成正比。这一规律称为焦耳定律。 Q = I2 R t 热量 电流 电阻 时间 J A Ω s 物理量： 单位： 内容： 1. 公式： 2. 焦耳定律 焦耳通过实验研究，于1840年发现了电流通过导体时产生的热量与电流、电阻、通电时间的定量关系： 小明发现将电饭煲接入家庭电路通电后，电饭煲温度逐渐升高将饭煮熟，但与电饭煲连接的导线却几乎不热，你能帮助小明解释其中的原因吗? 导线和电饭煲串联，电流、通电时间都相同，而电饭煲加热盘的电阻比导线的电阻大得多，根据Q=I2Rt可知，电流通过电饭煲产生的热量多，因此电饭煲热而导线却不热. 思考 小明发现家里的空调、电饭锅等大功率家用电器的电源线明显比台灯等小功率家用电器的电源线粗，这是为什么？ 空调、电饭锅等功率较大的用电器，工作时通过导线的电流较大，如果导线横截面积过小，导线电阻就会过大，在一定时间内电流通过导线产生的热量越多，容易引起火灾等安全事故. 思考 当电动机通电但电动机不转时，消耗的电能只会让电动机线圈发热， (相当于纯电阻电路) 当电动机工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，同时，电动机线圈也会发热： 电能(W ) 内能(Q)+机械能(E) W = UIt Q =I2Rt E=W–Q 此时，W =UIt=Q=I2Rt . 有关电动机的电热讨论 拓展 电能 用电器 内能 机械能 其他 W = UIt Q = I2Rt 电风扇、电视机等非电热用电器： W>Q= I2Rt 电暖器，电饭煲等电热用电器： 此时： Q=W=UIt = U2 R = I2Rt t 其他形式的能量 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本 公式 导出 公式 电功、电功率和焦耳定律计算公式对比 U2 R t W= =I²Rt W t P= =UI U2 R P= =I²R W=UIt =Pt Q=I²Rt Q =UIt = =Pt U2 R t 适用于纯电阻电路W=Q 普遍适用 PART THREE 哪些常见现象与电流热效应有关？ 人们利用电流的热效应开发了各式各样的电加热器，如生活中常用的电热水器、烤面包机等。图 13-3-3 所示的电烙铁是焊接电路的常用工具，用发热的烙铁头熔化焊锡可以连接电路元件。 如图 13-3-4 所示，工人正在铺设发热电缆， 这是电地暖的主要部件之一。此外，串联在电路中的熔丝（俗称“保险丝”），也利用了电流热效应，当通过熔丝的电流超过一定限度时，其温度将达到熔点而熔断，电路随之切断，以此保证用电安全。 图13-3-3 用电烙铁焊接 图13-3-4 铺设发热电缆 电流的热效应的应用 电流通过导体产生的热量有时是“无用”的。除了电热器外，大多数通过用电器的电流做功只将一部分电能转化为内能，也就是说，电流产生的热量小于电功。例如，电动机工作时，消耗的电能大部分转化为机械能，但有一小部分转化为 “无用”的内能。白炽灯消耗的电能只有一小部分转化为光能，其余大部分转化为“无用”的内能。与之相比，LED灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 前面我们学习了焦耳定律，分析有关公式及其适用范围，下面我们将继续讨论这个话题。 ①.对于电热器而言，导体产生的热量就是“有用”的； 而对于除了电热器外，大多数用电器的导体产生的热量是“无用”的。 ②.复习教材概念：把电流所做的功称为电功；电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能量。 基于此，下面我们简单用导图将教材梳理一下，以便理解。 1.电热器 电功 W=UIt =Pt 其他形式的能量 内能 Q = I2 R t 联系 W=Q 2.非电热器 a.机械类电器 b.光能类电器 W=UIt =Pt W=UIt =Pt 内能 Q = I2 R t +机械能 W＞Q 内能 +光能 Q = I2 R t W＞Q LED灯产生的光能比白炽灯更大，LED灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 2.a、2.b中的Q，即是教材中所提到的导体产生的热量是“无用”的。 白炽灯是由于灯丝被加热而发光。与白炽灯的发光原理不同， LED 由半导体材料制成， 是一种发光二极管。改变半导体的结构和成分能改变LED发光的颜色等特性。 电流的热效应除了消耗电能外，还可能造成 一些危害。大功率用电器持续发热可能影响其性能，甚至缩短使用寿命，因此提高用电器散热性能非常重要。电路发生短路故障时，电流会急剧增大，短时间内产生大量的热量，造成用电器损坏，甚至引发火灾。因此需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 A ． 电暖气 C ． 洗衣机 扫地机器人 电视机 1 ．图中所示的四种家用电器中，主要利用电流热效应工作的是 ( ) B． D. 课堂练习 A 2. 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 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 4. 一根60Ω 的电阻丝接在36V的电源上，在5分钟内共产生多少热量？ 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 5．如图甲所示的是一款电热饭盒，有“高温”和“低温”两个挡位，其内部简化电路如图乙所示已知电阻 R1= 100Ω , 开关 S 接1时电路中的电流为 0.44A，S 接 2时电路中的电流为 2.2A， 高温档时的功率是 W ，低温档时1min 在电阻 R1 上产生的热量是 J。 484 1161.6 6．图示电路中，U = 6V ，R1= 6Ω , R2=8Ω 。当S1闭合， S2断开时， 电流表示数为0 .6A ，当S1断开， S2 闭合时， 6 s 内电流通过R2 产生的热量是 J 。 12 7. 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：消耗的电能为: W总=UIt=220V×2A×60s=26400J 线圈中产生的热量为： Q=I2Rt=(2A)2×5 Ω×60s=120J 得到的机械能为： W机=W总－Q=26400J－120J=25200J 课堂小结 1．小明家夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的 效应工作的，其发热元件是一个阻值为 2420Ω的电阻。将该电热驱蚊器接在家庭电路中正常通电1小时，它产生的热量为 J。 热 7.2×104 布置作业 2. 如图是一台“6V3W"的迷你型小风扇,从产品说明书得知,电动机线圈阻值为0.1Ω。当小风扇正常工作时,则下列说法中正确的是（ ） A.小风扇1min消耗的电能为18J B.小风扇1min将180J电能转化成机械能 C.电动机线圈1min产生的热量为1.5J D.电动机线圈1min产生的热量为15J C 3．如图所示当开关 S闭合甲、乙两表均为电压表时，两表示数比U甲 : U乙 = 3 :1 ，则电阻R1: R2 = ；当开关 S 断开，甲、乙两表均为电流表时，两表示数之比I甲 : I乙 = ，相同时间内R1 、 R2产生的热量之比Q1 : Q2 = 。 2：1 2：3 1：2 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $$