18.4 焦耳定律 ----2025-2026学年人教版物理九年级上学期

该初中物理课件聚焦焦耳定律，涵盖电流热效应、定律推导及电热的利用与防止。通过生活热现象提问导入，衔接电功率知识，以实验探究（控制变量法、转换法）为支架，引导学生从现象到规律再到应用构建知识脉络。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，实验设计如探究电热与电阻、电流关系，运用转换法和控制变量法，例题辨析公式适用条件（如例2电压与电流条件对比），强化物理观念与应用能力，助力学生深度学习，教师可高效开展探究式教学。

第十八章 电功率 18.4 焦耳定律 新课导入 生活中，许多电流接通电源后，都伴随热现象产生，这些热量是从哪里来的？ 1、能通过生活实例，认识电流的热效应 2、理解焦耳定律，并能利用焦耳定律进行简单的计算。（重点） 3、知道利用和防止电热的场合和方法。 学习目标： 1 电流的热效应 什么是电流的热效应？ 思考：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? 电流通过导体时，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 1 电流的热效应 问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 猜想：与电阻、电流、时间有关 设计实验： 1．当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？ 控制变量法 2．用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？ 转换法 1 电流的热效应 实验中通过________________来比较产生热量的多少。 电热—— 液体吸热，观察温度计示数变化；   气体(或液体)受热膨胀，观察膨胀的多少 观察U形管两侧液面的高度差；   1 电流的热效应 实验1：研究电热与电阻的关系 1.通电电阻丝加热密封容器中的空气，空气受热膨胀， U形管中液面形成 ；液面差越大，产生的热量越 。 高度差 多 2.两个透明容器中密闭的空气要求_____和____都相同； 质量 初温 3．实验中通过______________来比较产生的电热的多少。这里应用到的物理方法是_________。 液柱的高度差 转换法 1 电流的热效应 实验1：研究电热与电阻的关系 R1=5Ω R2=10Ω A 5 Ω 5 Ω 5 Ω A B 2．两电阻串联的目的是 。 使电流和通电时间都相同 3.结论： 在电流、通电时间相同时，电阻越 的产生的热量越多。 大 1、此实验，控制 改变 。 电流和通电时间相同 电阻 1 电流的热效应 实验2：研究电热与电流的关系 I = 2I1 I A R1 = 5 Ω R3 = 5 Ω R2 = 5 Ω I1 2．右边电阻丝上为什么要再并联一根电阻丝？ 3.结论： 在电阻、通电时间相同时，电流越大产生的热量多. 使通过电阻R1、R2的电流不同 1、此实验，控制 改变 。 电阻和通电时间相同 电流 R1 R3 R2 力 2 焦耳定律 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889），英国物理学家。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，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。 力 2 焦耳定律 Q = I2Rt 内容：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。 公式： 理论推导：电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热，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。 即：Q= W = Pt = UIt = IR·It = I2Rt。 焦耳定律 例1、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? 电线和电炉串联，通过它们的电流是一样的，而电炉的电阻比电线的电阻大的多，根据焦耳定律Q=I²Rt可知，在相同时间内电流通过电炉产生的热量比通过电线产生的热量大，因此电炉热而电线却不热。 例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? 前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。 3 电热的利用与防止 1、电热的利用 利用电热孵化器孵小鸡 电热器都是利用电流的热效应工作的。 用于加热 3 电热的利用与防止 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。 2、电热的防止 电脑的微型风扇 电视机的后盖 4 知识拓展 电能： W = UIt 热量： Q = I²Rt 纯电阻电路： 　U = IR 消耗的电能全部转化为内能 I = U R W = UIt = IR·It = I²Rt = Q = U2 R 电能与电热的关系 P热 = = = I²R Q t 电热功率： I²Rt t t 4 知识拓展 电能与电热的关系 纯电阻电路：把电能全部转化为热(内)能； 常见的纯电阻元件有：电阻、灯泡(白炽灯)、电熨斗、电暖炉、电磁炉、电热水器、电烙铁等。 4 知识拓展 电能与电热的关系 电能 W 内能Q 机械能E 电流 扇叶转动 电能： W = UIt 热量： Q = I²Rt 非纯电阻电路： 　W ≠ Q I ≠ U R W = Q + E UIt = I²Rt + E P热 = I²R 电热功率： 4 知识拓展 电能与电热的关系 非纯电阻电路：把电能一部分转化为内能，其余转化为其他形式的能； 常见的非纯电阻元件有：电动机、电风扇、节能灯等。 随堂检测 探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关 知识点 课堂本P81 例1　在探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关时，小明设计了如图1所示的两套装置，透明容器中密封着等量的空气，且都有一段电阻丝，U形管中有一定量的液体。 (1)实验中通过____________________反映导体产生热量的多少，这种研究问题的方法是________法。 U形管中液面的高度差 转换 (2)图甲中，将电阻丝R1和R2串联的目的是控制__________和______相同，这是在探究电流通过导体产生的热量与____的关系。此处运用的研究方法是____________法。 (3)由图甲中的实验现象可知，在电流和通电时间均相同时，电阻越大，产生的热量越______。 (4)利用图乙所示装置可以探究电流通过导体产生的热量与________的关系， 请你将实验电路连 接完整。 通电时间 电流 电阻 控制变量 多 电流 (5)图乙中，容器外的电阻R的作用是使通过R1和R2的________不同。 (6)正确连接图乙中的电路，闭合开关一段时间后，小明发现左侧U形管中液面的高度差大于右侧U形管中液面的高度差，可以得出结论：_________________________________________________________________________。 电流 在电阻相同、通电时间相同时，通过电阻的电流越大， 这个电阻产生的热量越多 例2　(1)一根阻值为100 Ω的电阻丝R1接在某一电源上，通电100 s，通过的电流为0.2 A，则电阻丝R1产生的热量为多少？ (2)用电阻丝R2替换上述R1后，通过R2的电流为0.4 A，通电120 s，电阻丝R2产生的热量为多少？ (3)标有“220 V　1 000 W”字样的电热水壶正常工作1 min产生的热量为多少？ 焦耳定律及电热与电能的关系 知识点 图2 例3　电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉，其能流图如图2所示。现有一台电动机，其线圈电阻为0.4 Ω，当电动机两端电压为220 V时，通过电动机线圈的电流为50 A。 (1)该电动机每1 min消耗的电能是 __________J，产生的热量是_______J， 产热功率是_______W，有_______J 的电能转化为机械能。 (2)若这台电动机被卡住不转了，则此时该电动机的发热功率是__________W，因此应尽量避免这种情况的发生，容易烧坏电动机。 6.6×105 6×104 1×103 6×105 1.21×105 例4　两个电阻的阻值之比R1∶R2＝3∶1，把它们串联后接入某电路中，通过它们的电流之比I1∶I2＝__________，电功率之比P1∶P2＝__________，在相等的时间内产生的热量之比Q1∶Q2＝__________；若将它们并联在电路中，则在相等的时间内产生的热量之比Q1∶Q2＝__________。 1∶1 3∶1 3∶1 1∶3 例5　下列现象或装置中，属于利用电热的是__________ (填序号)。 ①电视机后盖有许多小孔　 ②电动机外壳上装有散热片　 ③电热水器　 ④电熨斗 ⑤电脑机箱里装有小风扇　 ⑥电饭锅 电热的利用与防止 知识点 ③④⑥ 课堂小测 课堂本P83 知识点1 1.某兴趣小组利用甲、乙、丙三个装置进行实验探究，如图4所示，三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度差的变化反映容器中空气温度的变化。 (1)要探究电热与电阻的关系，应选_______组合，将它们________(选填“串联”或“并联”)接到电源两端进行实验。 (2)选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，在通电时间相同的情况下，发现乙装置U形管中液面高度差变化较大，由此可得到结论：在_______________相同的情况下，_____________________________________。 甲、乙 串联 电阻、通电时间 通过导体的电流越大，产生的热量越多 知识点1 2.如图5所示的电阻丝是利用电流的__________工作的；电阻丝________(选填“能”或“不能”)使用超导材料，电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接电炉的导线却不怎么热，主要是因为电阻丝的________(选填“电流”或“电阻”)比较大。 图5 热效应 不能 电阻 知识点2 3.将规格都是“220 V　200 W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁，并联接入家庭电路中，通电相同时间。下列说法正确的是 (　　) ①电烙铁产生的热量最多　 ②电烙铁消耗的电能最多　 ③三个用电器产生的热量一样多　 ④三个用电器消耗的电能一样多 A.②③ B.①④ C.①② D.③④ B 知识点2 4.如图6所示的电路中，定值电阻R1＝30 Ω，R2＝20 Ω。 当开关S1闭合，S2断开时，电流表读数为0.2 A。求： (1)电源电压； (2)当开关都闭合时，通电100 s， 电流通过R2产生的热量。 知识点3 5.下列实例中，属于防止电流的热效应产生危害的是 (　　) A.冬天睡觉前使用电热毯暖床 B.家电长期不用时需偶尔通电除潮 C.小明打开风扇让自己凉快下来 D.电视机工作时间长了要关机一会儿 D 课堂小结 课堂本P81 1.电流的热效应 (1)概念：电流通过导体时，电能转化成______能的现象叫做电流的热效应。 (2)实验表明：①在电流相同、通电时间相同时，电阻越大，这个电阻产生的热量越______； ②在电阻相同、通电时间相同时，通过一个电阻的电流越______，这个电阻产生的热量越多。 内 多 大 2.焦耳定律 (1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成________，跟导体的电阻成________，跟通电时间成________。焦耳定律的表达式是________。 (2)电热与电功的关系：电能全部转化为内能时(如电热器)，电流产生的热量(Q)______消耗的电能(W)；电能没有全部转化为内能时(如电风扇)，电流产生的热量(Q)________消耗的电能(W)。(均选填“大于”“小于”或“等于”) 正比 正比 正比 Q＝I2Rt 等于 小于 3.电热的利用与防止 (1)电热的利用：电热水器、电饭煲、电熨斗、电热孵化器等。 (2)电热的防止：过多的电热如果不能及时散去，会产生许多安全隐患。电视机的后盖有很多小孔，这是为了________；电脑运行时温度会升高，需要用微型风扇及时________。 散热 散热 解：(1)电阻丝R1产生的热量： Q1＝IR1t1＝(0.2 A)2×100 Ω×100 s＝400 J (2)电源电压：U＝I1R1＝0.2 A×100 Ω＝20 V 电阻丝R2产生的热量：Q2＝UI2t2＝20 V×0.4 A×120 s＝960 J 解：(3)电热水壶正常工作1 min产生的热量： Q3＝Pt3＝1 000 W×60 s＝60 000 J 解：(1)当开关S1闭合，S2断开时，只有R1工作，此时通过R1的电流：I1＝0.2 A 电源电压：U＝I1R1＝0.2 A×30 Ω＝6 V (2)当开关都闭合时，R1、R2并联，R2两端的电压：U2＝U＝6 V 由Q＝W＝UIt＝可得，通电100 s，电流通过R2产生的热量： Q＝＝＝180 J $