18.4 焦耳定律 课件-2025-2026学年人教版物理九年级上学期

第十八章 电功率 核心目标 物理观念：认识电流的热效应，认识电流通过导体时电能转化为内能。理解焦耳定律内涵，掌握公式（Q=I2Rt）及应用，并能利用该定律解释生活中电热的利用与防治现象。 科学思维：在探究电热与哪些因素有关时，能理解并运用控制变量的物理方法，在电流和通电时间相同的情况下探究电阻对电热的影响，在电阻和通电时间相同的情况下探究电流对电热的影响。 科学探究：体验探究过程：体验“提出问题—设计实验—进行实验—分析现象—得出结论”的科学探究过程，提高实验探究能力和思维能力。 科学态度与责任：辩证看待电热现象，培养将物理知识与生活实际相联系的意识和能力。 新课导入 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 将用实验探究及生活体验来认识电热问题 （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 新知探究 （1）寻找以下用电器的共同特点 电炉、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。 一、电流的热效应 新知探究 2.电流的其他效应 电流的磁效应 电动机 电能转化为机械能 电流的化学效应 蓄电池（充电） 电能转化为化学能 一、电流的热效应 【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 【猜想及其依据】 （1）可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关； （2）可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。 （3）可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 （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 】 新知探究 二、探究影响电流的热效应的因素 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 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 （2）实验原理 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。 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 （3）研究方法 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。 0.22 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。 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 （4）实验电路图、器材如下所示： 实验次数 电流关系 电阻小/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 相等 5 10 相等 2 大 小 相等 相等 （5）实验记录表 0.28 （1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系 将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 【进行实验】 （2）探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系 在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。 闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。 I1=2I2 I1 I2 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。 Δh 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 （3）探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系 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（上图） 相等 5 10 相等 2（下图） 大 小 相等 相等 【收集证据】 大 大 小 小 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 1.在电流和通电时间相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。 2.在电阻和通电时间相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。 （1）分析实验步骤（1）可发现：在电流和通电时间相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。 （2）分析实验步骤（2）可发现：在电阻和通电时间相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。 （3）分析实验步骤（3）可知，在电流和电阻相等的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多。 【分析论证 】 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 较暗 较亮 0.22 0.28 归纳实验结论 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 （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。 1. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电阻的关系》 2. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电流的关系》 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 实验结束后，小红说她在一本书上看到用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。 【拓展实验】 该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。 通过比较烧瓶内液体的温度可以探究影响电流通过导体产生热量的因素。 烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 ①当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此根据温度计示数的变化可知电流产生热量的多少。 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 二、探究影响电流的热效应的因素 新知探究 ②甲图中R1、R2两电阻串联，通过两电阻的电流相等，但两电阻的阻值不同，所以可探究电流产生热量的多少与电阻的关系。 ③乙图中R1、R2两电阻并联，甲、乙两装置中，电源电压相同，乙图中电阻R1两端的电压大于甲图中电阻R1两端的电压，则乙图中通过电阻R1的电流大。所以由a、c（或b、d）可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。 较暗 较亮 0.22 0.28 1.焦耳定律 英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。 三、焦耳定律 新知探究 （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  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。 0.22 0.28 新知探究 三、焦耳定律 （3）公式中Q = I2Rt 各量单位： 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） 1J=1A2×1OΩ×1s 较暗 0.22 3.推导焦耳定律 三、焦耳定律 新知探究 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。 0.22 0.28 3. 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。 三、焦耳定律 新知探究 0.22 0.28 （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Q=W Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt 上述公式适用于纯电阻电路。如电炉、电热器、电熨斗等。 三、焦耳定律 新知探究 0.22 0.28 ②非纯电阻电路 在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 。 此时电能=内能+机械能 ，所以Q＜W。 例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量 三、焦耳定律 新知探究 推导公式 电功 电功率 焦耳定律 适用条件 基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用 纯电阻电路 Q=W 4. 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围 三、焦耳定律 新知探究 较暗 较亮 0.28 （1）你现在明白了吗？电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 三、焦耳定律 新知探究 5.想想议议 因为电炉丝与导线串联，电流与通电时间相等，但是电炉丝的电阻远大于电线的电阻，根据焦耳定律 Q=I2Rt 可知，在相同时间内，电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。 较暗 较亮 0.22 0.28 （2）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? 三、焦耳定律 新知探究 5.想想议议 第一种说法，在通电时间和电压相同的情况下，根据Q=U2t/R可知，电阻越小，产生的热量越多；第二种说法，在通电时间和电流相同的情况下，根据Q=I 2Rt 可知，电阻越大，产生的热量越多。两种说法在各自前提下都是正确的，所以二者不矛盾。 较亮 0.22 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。电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。 四、电热的利用和防止 新知探究 1.电热的利用 　　电流的热量有时是有害的，应该及时解决。 例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。 2.电热的防止 散热窗 微型 风扇 四、电热的利用和防止 新知探究 课堂小结 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $