摘要:
该初中物理课件围绕“焦耳定律”展开,系统梳理了电流热效应的定义、影响因素及定量关系,通过实验探究与公式推导构建知识链条,从生活现象(如电炉丝发热)到科学规律(Q=I²Rt),再延伸至实际应用(电热器设计、超导现象),形成清晰的学习支架。
其亮点在于深度融合科学探究与物理观念,以转换法和控制变量法为核心方法,引导学生观察U形管液面变化、分析温度计示数差异,实现从现象到本质的认知跃迁。例如第11题通过对比串联与并联电路中电阻丝产热差异,强化能量观念与推理能力。小结环节采用结构化板书与典型例题结合,帮助学生建立模型思维与问题解决策略。此设计既提升学生科学素养,又为教师提供可直接使用的教学范式,显著增强课堂实效性。
内容正文:
为什么用电器工作时会产生热量?为了弄清这个问题,我们先来做个实验。这是一段电阻丝。这是一张普通卫生纸,将纸裹在电阻丝上。用导线将电阻丝连入电路,如果给电阻丝通电,请同学们仔细观察,看看有什么现象发生。现在接通电路。纸片燃烧了起来。像这样电流通过电阻时,电阻产生热量的现象叫做电流的热效应。
null
小亮做测定“小灯泡的额定电功率”实验,电压为6V的电源、额定电压为2.5V的小灯泡(小灯泡的额定功率小于1W)、滑动变阻器(50Ω1A).图(甲)是小亮同学没有连接完整的电路.
(1)请你用笔画线代替导线,将图(甲)所示的电路连接完整.
(2)本实验的实验原理是 .
(3)小亮同学连好电路后闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮,电压表有示数,电流表无示数,则故障可能是 (写出一种即可)
P=UI
小灯泡断路
(4)小亮同学移动滑动变阻器滑片P到某处时,电压表的示数为2.2V,要测量小灯泡的额定功率时,应将滑片P向 端移动(选填“A”或“B“).当小灯泡正常发光时,电流表示数如图(乙)所示,则小灯泡的额定功率是 W,此时小灯泡的电阻是 Ω.该实验中滑动变阻器除了保护电路外,还有
的作用
B
0.5
12.5
改变灯泡两端电压
(5)小亮利用该电路探究电流跟电阻的关系,他将小灯泡换成多个定值电阻R,保持电压表示数始终为如图(丙)所示,多次更换阻值不同的定值电阻R,并记录各次电流表的示数,若不更换其他器材,为了能够完成实验,更换的电阻阻值不能够大于 Ω
25
(6)小亮认为额定功率应按P额=(P1+P2+P3)/3来计算,他这样算是否正确? 理由是:
不正确
额定功率是在额定电压下工作时的功率
课前提问
1、电流做功的多少跟___________、__________和
_______________都有关系。
电流的大小
电压的高低
通电时间的长短
2、电饭锅、电炉丝、电铬铁、电熨斗……这些用电器工作时有什么共同特点?
这些用电器工作时都是把 能转化成 能。
电
内
3、电流做功的实质是________________________。
电能转化为其他形式的能
1、知道电流的热效应
2、知道焦耳定律并用其进行简单计算
3、能用焦耳定律解释简单的现象
学习目标
18.4焦耳定律
课前预习
自学内容:课本120页,电流的热效应
自学方法:阅读课文、重点笔记
自学要求:
1、电流的热效应的概念
2、电流通过导体时产生热的多少的影响因素
一、电流的热效应
教师指导
(1)定义:电流通过导体时_____________的现象。
电阻产生热量
(2)能量转化:电能转化为内能
(3)电热:电流通过导体时产生的热。
用符号Q表示,单位:焦耳(J)
(4)电热器:把电能主要转化为热的用电设备。
例如:
电饭锅、
电褥子、
电热水器、
电熨斗、
电炉工作时:
电炉丝________,
导线_________。
热得发红
不怎么热
电炉丝发热
电烙铁
2、探究导体通电产生热量的多少与哪些因素有关
二、电热大小的决定因素及其关系
1、猜想:
①导体通电产生的热量可能跟导体的电阻有关
②导体通电产生的热量可能跟导体中的电流有关
③导体通电产生的热量可能跟通电时间有关
分析要观察的实验现象:
1、通电电阻丝加热密闭容器中的空气,使空气受热膨
胀,U形管中液面形成 _______;液面高度差越大,
说明电流产生的热量越 ___ 。
高度差
多
3、实验要求:两个透明容器中,密闭空气的 _____ 和
_____ 都相同;
质量
初温
4、实验中,通过比较 ________________________ 来
比较产生电热的多少。这种比较方法叫 _______ 。
两个U形管液面高度的变化
转换法
2、实验中选用空气受热的原因是__________________
___________________________________________。
气体受热时膨胀明显,便于观察。
1、电流、通电时间相同,电阻不同时:
实验现象分析与初步结论:
现象: ______ 的电阻丝两侧U形管的高度变化大。
结论:_______________________________________
_________________________ 。
电阻大
在电流和通电时间相同时,通电导体的电阻
越大,电流产生的热量越多
电流和通电时间
电阻
评估:在探究电热跟电阻的关系时,采用如图的装置,
目的是控制 ______________相同,改变 ____ 。
2、电阻、通电时间相同,电流不同时:
电流大
在电阻和通电时间相同时,通电导体的电流
越大,电流产生的热量越多
现象: _______ 的电阻丝两侧U形管的高度变化大。
结论:_______________________________________
_________________________ 。
评估:在探究电热跟电流的关系时,采用如图的装
置,目的是控制 _______________ 相同,改变 ____ ,
在右边容器外再并联一根电阻丝的目的是
_____________________________ 。
I = 2I1
I
A
R1 = 5 Ω
R3 = 5 Ω
R2 = 5 Ω
I1
R1
R3
R2
电阻和通电时间
电流
使通过电阻R1、R2的电流不同
实验结论:
1、电流和通电时间相同时,电阻越大,电热越多;
2、电阻和通电时间相同时,电流越大,电热越多;
3、电流和电阻相同时,通电时间越长,电热越多。
电流产生的热量跟 ____________ 、 __________
和 __________________ 有关。
电阻的大小
导体中的电流
通电时间的长短
具体关系:
例、如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置,两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量和初温的煤油中,每一烧瓶里各插入一温度计。请回答下列问题:
(1)合上开关,经过一段时间,两电阻丝产生热量的多少是通过 反映出来的;这种物理方法称之为 .
(2)采用这种连接方式的目的是:
温度计的示数变化
控制电流和通电时间相同
转换法
(3)这两个烧瓶中所装煤油的质量应 ;(Q=cm t)
(4)有同学问“水容易获得,为什么不用水而用煤油”?这是因为煤油的 较水小,
相等
比热容
________________.
温度变化较明显
(5)合上开关,经过一段时间, 瓶中温度计的示数高一些。由此得出的实验结论是 .
乙
在电流、通电时间相同时,电阻越大的产生的热量越多
(6)若要利用这个装置图“探究电流通过导体产生的热量与电流大小的关系”,则需要在电路中 联(填“串”或“并”)一个 ,比较
(填“同一个”或“不同的”)电阻丝几次产生的热量,得出结论.
串
滑动变阻器
同一个
课前预习
自学内容:课本P121,焦耳定律
自学方法:阅读课文、重点笔记
自学要求:
1、电流通过导体时产生热的多少的影响因素
2、探究电流产生的热量可能与多个因素有关,应该采用的探究方法
3.我们猜想电流产生的热量可能与多个因素有关,应该采用的探究方法是 。
1.在电流、通电时间相同时,电阻越 的产生的热量越多,说明电流通过导体时产生热量跟 有关。
大
电流
控制变量法
电阻
2.在电阻、通电时间相同时,电流越 产生的热量越
多,说明电流通过导体时产生热量跟 有关。
大
电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,
那么 电热Q =__________。
根据_________可得
导体两端的电压 U =____。
故电流产生的热量
Q = ____________________
分析电热Q与I、R、t的关系
W = UIt
欧姆定律
IR
UIt = IR∙It = I2Rt
即 Q = I2Rt
电流的二次方
通电时间
导体的电阻大小
结论:
电流通过导体产生的热量跟________________
成正比,跟_______________成正比,跟_________
成正比。
如:电暖器、电炉、电褥子、电饭锅、电烙铁等
教师指导
Q=I2Rt
热量 电流 电阻 时间
J A Ω s
公式:
意义:
单位:
焦耳定律: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。
焦耳
(1818-1889)
例 某导体电阻是10Ω,通过的电流为2A,1min内
产生的热量是多少?
解:1min内电流产生的热量是
Q=I2Rt
=(2A)2×10Ω×1×60s
=2400J
1、电流的热效应
小结与归纳
(1)定义:_________________ 的现象。
(2)能量转化:________________ 。
(3)电热:_______________________ ,用 __ 表示。
导体通电产生热量
电能转化为内能
电流通过导体时产生的热
Q
2、焦耳定律
(1)内容:___________________________________
___________________________________________
_________________________________________。
(2)表达式:________________ 。
Q= I2 R t
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。
s
J
A
Ω
当堂训练
1、电炉丝通过导线接到电路里,电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热,是因为电炉丝的 比导线大得多,根据焦耳定律可知,在 相同时,电炉丝产生了更多的热量。
电阻
电流和通电时间
2、两条电阻丝串联在电路中,在相同的时间内产生热量最多的是( )
A、通过电流较大的电阻丝 B、电压较小的电阻丝
C、电阻较大的电阻丝 D、电阻较小的电阻丝
C
3、通过某电阻的电流变为原来的3倍时,在相同时间内产生的热量为原来的_____倍
9
4、焦耳定律用公式可表达为:Q=I2Rt。爱动脑筋的小明在探究这个问题时,设计了图1所示的实验,只连接一次电路就完成了实验探究。他的方法是用电阻丝(其中R甲≠R乙)给烧瓶中的煤油(煤油质量相同)加热,然后观察煤油在插入密封烧瓶里的玻璃管中上升的高度,就可以对比电阻丝放热的多少。请你仔细观察小明设计的实验电路,并应用所学知识分析回答下列问题:
(1)探究电热的多少与电流的关系,应该对比 两个烧瓶中煤油柱上升的高度,而这两个烧瓶中电阻丝阻值应该 。
(2)探究电热的多少与电阻的关系,应该对比 两个烧瓶中煤油柱上升的高度。
甲、丙
乙、丙
相等
甲、乙
5.为探究“电流通过导体产生
的热量跟哪些因素有关”,小
成设计了如图K18-4-5所示的实
验电路。烧瓶中盛有质量相同
的煤油,闭合开关S1、S2,用
电阻丝(其中R甲=R丙<R乙)给
煤油加热相同时间,观察并记
录烧瓶中温度计示数的变化情况。
电阻
(1)比较烧瓶甲和烧瓶乙中温度计示数的变化,研究电热与_____________的关系。
(2)比较烧瓶甲和烧瓶丙中温度计示数的变化,研究电热与_____________的关系。
电流
20
(3)小成对此实验装置稍做改装,用改装后的装置测量未知液体比热容。测量时,分别在两烧瓶中装入水和待测液体,闭合开关,一段时间后分别用温度计测出水和待测液体升高的温度Δt水和Δt,在忽略热损失的情况下,则待测液体的比热容c= ,小成对此实验装置做出的改装是________________________________________________。为了得出待测液体比热容的表达式c= ,实验中还需要增加一种测量仪器,说出该仪器名称和作用:__________
______________________________________。
去掉烧瓶乙,烧瓶甲与烧瓶丙串联,闭合开关S2
天平 ;
用天平称量等质量的水和待测液体
21
6、一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上,在5min内共产生多少热量?
解:通过电阻丝的电流为:
电流产生的热量为:
Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×5×60s=6480J
7、小明看到研究焦耳定律的实验装置后,将它改装成了如图所示的一种测量未知液体比热容的装置.测量时,分别往甲乙两瓶中装入水和待测液体,闭合开关一段时间后,再分别用温度计测出这段时间内水和待测液体升高的温度Δt水和Δt,在不计热损失的情况下,就可以求得待测液体的比热容
Δt水C水
Δt
c=
(1)为了使这一段时间内水和待测液体吸收的热量相等,小明设计的电路中必须满足的条件是________
(2)为了得出待测液体的比热容表
达式“ ”,小明的测量方案中至少还需要的一种测量仪器是______,目的是____________________
Δt水C水
Δt
c=
R甲=R乙
天平
称出质量相等的水和待测液体
(3)闭合开关后,要使水和待测液体的温度升高得更快,滑动变阻器的滑片应向______滑动。
A端
(1)定义:电流通过导体时电能转化为内能的现象
叫做电流的热效应.
1、电流的热效应
(2)实质:电能转化为内能
(3)电热:电流通过导体时产生的热。用Q表示
(4)生活实例
板书设计
2、焦耳定律
(1)内容:
(2)公式:Q=I2Rt
课前提问
1、电流的热效应:
电能转化为内能
________________的现象。
2、焦耳定律:______________________________
_________________________________________
____________________________
表达式:Q=____________
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。
I2Rt
学习目标
1、了解电热的利用和防止
2、知道电热与电功的关系
3、会用焦耳定律及电功公式进行有关计算
18.4焦耳定律
课前预习
自学内容:
课本P123:“电热的利用与防止”
自学方法:
阅读课本、观看视频
自学要求:
1、电热器主要部分的制作材料有什么要求
2、电热的利用、防止电热的危害的方法
3、电热器与用电器的能量转化的区别
5、电热器的发热体特点:
2、电热器:
6、电热器的优点:
①电热饮水机 ②电熨斗 ③电烙铁
④电烤箱 ⑤电热孵化器 ⑥电热水器
电阻大、 熔点高。
污染小、使用方便。
二.电热危害防止方法:
1、不能让用电器长时间工作。
2、利用散热窗、散热片、散热风扇等散热。
引导更正,指导应用1(8分钟)
一、电热的利用
3、电热器的原理:
利用电流的热效应制成
4、电热器的主体部分:
发热体
1、电热的利用是通过电热器来实现
三、电热Q与电功W的关系
1、电流通过导体时,如果消耗电能全部转化为内能,而没有同时转化为其他形式的能量,那么,电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。这类电路称为纯电阻电路。
即: Q=W
=Pt
=UIt
=I2Rt
2、非纯电阻电路:消耗的电能不是全部转化为内能的电路。例如:有电动机的电路。此时Q<W这类电路电热的计算只能用 来计算。
例1.如图为迷你小风扇,这种小风扇使用的电动机的额定电压为3V,正常工作时通过线圈的电流为0.5A,线圈电阻约为1Ω。
试求这种迷你风扇正常工作10分钟:
①电风扇消耗的电能和线圈产生的热量;
②小风扇的机械能。
解:
①电动机消耗的电能为:
W=UIt=3V×0.5A×10×60s=900J
电动机产生的热量为:
Q=I2Rt=(0.5A)2×1Ω×10×60s=150J
②小风扇的机械能为:
W机=W-Q=900J-150J=750J
课前预习
R1、R2两个电阻,已知R1=10Ω,R2=20Ω,将它们以甲、乙、丙、丁四种方式接在同一电源上,则电路消耗的总功率由小到大排列顺是 .
R1
R2
R1
R2
R1
R2
甲
乙
丙
丁
U
U
U
U
P丁<P丙<P乙<P甲
自学内容:完成下面题目
自学方法:阅读题目,写出你判断的公式,总结方法
自学要求:用电器中的“高”、“低”档位问题
(1)如图甲所示,开关S1闭合、S2断开时,此时电功率 (选填最大或最小)为 档
1、王同学使用电热毯时发现电热毯有高温档和低温档,于是他设计了电热毯的模拟电路图甲
(2)如图甲所示,开关S1、S2都闭合时,此时电功率 (选填最大或最小)为 档
最小
低温
最大
高温
1.依据 ,电路中总电阻不同时,
U总不变,当R总越小,P总越大。
2.若P总越大,为高温档或加热状态,
若P总越小,为低温档或保温状态。
教师指导
R1
R2
R1
R2
甲
乙
U
U
例2.下表为一台电烤箱的铭牌,其内部简化电路
如图所示,R1和R2均为电热丝。求:
额定电压 220V
额定
功率 高温档 1100W
低温档 440W
电源频率 50Hz
(1)电烤箱在高温档正常工作10min所消耗的电能;
(2)电路中R1的阻值;
(3)电烤箱在低温档正常工作时,电路中的电流和
R1的功率
R1
R2
S
解:(1)由电烤箱铭牌可知,在高温档工时,
消耗电能W=Pt=1100 W×600s=6.6×105J
(2)S闭合时,R2短路,为高温档。
(3)低温档时。电路中的电流
R1的功率P1=I2R1=(2A)2×44Ω=176 W
例3.如图所示是额定电压为220V的电吹风的典型
电路,其中电热丝通电后可以发热,电动机通电
后可以送风,且电动机的额定功率为120W。
(1)要送冷风,选择开关应放在___位置;要送
热风,选择开关应放在____位置
(填“A”、“B”或“C”)。
(2)若电吹风在额定电压下工作,
送冷风时,通电8min电流所做的功是多少?
B
A
解:电吹风在额定电压下送冷风时,开关放在B 位
置,电路中只有电动机工作,通电8 min电流所做
的功是 W=PMt=120W×8×60s=5.76×104J
(3)若电吹风在额定电压下工作,送热风时电路
消耗的总功率为560W,则电热丝R的阻值应为
多大?
解:电吹风在额定电压下送
热风时,开关放在A位置,
电动机与电热丝并联工作,电热丝的功率是
=110Ω
R=
U2
PR
=
(220V)2
440W
PR=P总-PM=560W-120W=440W
所以,电热丝的电阻是
小结与归纳
一、电热的利用与防止:
1、电热的利用是通过电热器来实现
4、电热器的发热体特点:
电阻大、 熔点高。
2、电热器的原理:
利用电流的热效应制成
3、电热器的主体部分:
发热体
二、电热Q与电功W的关系
1、电流通过导体时,如果消耗电能全部转化为内能,电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。
2、消耗的电能不是全部转化为内能的电路。此时Q<W这类电路电热的计算只能用Q=I2Rt来计算。
当堂训练
3、下列不属于电热器的是( )
A、热机 B、电熨斗 C、电烤炉 D、电暖气
A
4、下列各用电器均标有“220V 60W”字样,它们正常工作相同的时间发热最多的用电器是 ( )
A.电视机 B.电风扇 C.电热毯 D.电灯
C
2、下列用电器中,利用电流的热效应的是( )
A、电风扇 B、电动机 C、电视机 D、电饭锅
D
1、电热在生产和生活中有着广泛应用,电热的应用是
通过 来实现,它是利用 制成
的加热设备,
电热器
电流的热效应
5、当温度降到很低时,某些金属导体的电阻会突然消失,这种现象称为超导现象.假如所有导体都没有了电阻,当用电器通电时,下列说法正确的是( )
A、白炽灯仍然能发光 B、电动机仍然能转动
C、电饭锅仍然能煮饭 D、电熨斗能熨烫衣服
B
6、将阻值分别为10Ω和30Ω的甲、乙两电阻串联后接在电源上,相同时间内,甲、乙两电阻产生的热量之比为______,若将甲、乙两电阻并联后接在电源上,相同时间内,电流通过甲、乙两电阻做功之比为______。
1:3
3:1
解:电饭锅接入家庭电路正常工作,产生的热量为:
7、将标有“220V 800W”的电饭锅接入家庭电路中,通电10分钟,会产生多少热量?
8.将两根火柴分别放在串联的两根电热丝R1和R2上,若R1>R2,通电后问那根火柴先被点燃 ( )
A. R1在上的火柴 B. 在R2上的火柴
C. 同时点燃 D. 无法确定
A
9.将两根火柴分别放在并联的两根电热丝R1和R2上,若R1>R2,通电后问那根火柴先被点燃 ( )
A. R1在上的火柴 B. 在R2上的火柴
C. 同时点燃 D. 无法确定
B
10.要使电热器在单位时间内放出的热量减少一半,则应使 ( )
A. 通过它的电流减小一半
B. 它两端的电压减小一半
C. 它的电阻减小一半
D. 电压和电阻均减小一半
D
11.两根电阻丝的电阻为R1、R2,且R1>R2,接在一电压不变的电源上,用来加热一壶水.欲使水的温度升高得快,应采取的办法是( )
A.先把两根电阻丝串联后接到电源两端
B.先把两根电阻丝并联后接到电源两端
C.单独使用电阻较小的电阻丝R2接在电源两端
D.单独使用电阻较大的电阻丝R1接在电源两端
B
12.小明家的浴室安装了一台可供取暖和照明的新型家用电器——浴霸。该浴霸的部分数据如表所示,其简化电路图如图所示,图中L为照明灯,L1、L2是两盏红外线取暖灯。求:(小数点后保留两位小数)
①该浴霸照明灯正常工作时,通过照明灯的电流是多少?
②断开开关S,闭合开关S1和S2,该浴霸取暖灯正常工作时,该电路的总电阻是多少?
③当L、L1、L2都同时正常工作时,10min内浴霸消耗的电能是多少?
解:(1)照明灯正常工作时:
(2)取暖灯正常工作时:
(3)L、L1、L2都正常工作时:
W=Pt
=(P1+P2+P3)t
=(300W+300W+60W)×600s
=3.96×105J
板书设计
一、电热的利用与防止:
1、电热的利用是通过电热器来实现
4、电热器的发热体特点:
电阻大、 熔点高。
2、电热器的原理:
利用电流的热效应制成
3、电热器的主体部分:
发热体
二、电热Q与电功W的关系
1、电流通过导体时,如果消耗电能全部转化为内能,电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。
2、消耗的电能不是全部转化为内能的电路。此时Q<W这类电路电热的计算只能用Q=I2Rt来计算。
$塑料盒中密封着一定量的空气和一段电阻丝,与盒子相连通的U形管中的液面相平。当用手捂住塑料盒一段时间,U型管内开口一侧的液面上升,这说明河内的空气吸收了热量,发生热膨胀。U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。三个密封着等质量空气的盒子中各有一段电阻丝,电阻值分别为五欧、十欧和15欧。将它们串联在电路中是通过它们的电流相同。通电一段时间后,比较三个U型管中液面高度的变化。实验表明,电流相同,通电时间相同时,电阻越大,这个电阻产生的热量越多。这两个密闭盒子中的电阻一样大。在其中一个盒子的外部将一个相同的电阻和这个容器内的电阻并联,是通过两个盒子中电阻的电流不相同。在通电时间相同的情况下,观察两个U型管中液面高度的变化。看到的现象说明了什么?把三个电阻并联起来,再做一次实验,观察两个U型管中液面高度的变化。实验表明,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就越多。
电热给我们带来了方便,但使用电器功率过大或用电时间过长都是很危险的,何况很多时候我们并不希望用电器温度过高。这不,由于用电时间太长,再加上使用方法不当,取暖的电褥子也能失火的。其实只要用电器中有电流流过,它的内部导线,无论是不是电热丝都会发热。瞧,这个小电风扇使用时间太长了,内部的电机都烧坏了。为了防止用电器温度过高,必须通风散热。电视机的外壳上有很多孔,就是为了散热的,叫做散热窗,为了通风散热。电脑的外壳也有散热窗,里面还装了小电风扇用于通风的。至于电动机等大功率的用电器,都有散热片、散热窗、电风扇等散热装置,都是为了起到降温作用,以免用电起。
生活和生产中很多地方都要利用电热,例如电热饮水机、电熨斗、电烙铁、烤食品的电烤箱、养鸡场用的电热孵化器等等。它们的主要部分是发热体,是安装在绝缘材料上的电阻大、熔点高的金属丝或合金片。利用电热优点很多,它干净无污染,使用又方便,在生产和生活中越来越受到人们的欢迎。
电流通过导体时,电能要转化成热,这就是电流的热效应。可是为什么电炉丝热的发红,而导线却不热呢?