18.4　焦耳定律 2025-2026学年物理人教版(2024)九年级全一册

第4节　焦耳定律 目 录 课前•自主预习 课堂•互动理解 课前•自主预习 一、电流的热效应 阅读教材,完成下列问题。 1.电流通过导体时电能转化成__________,这种现象叫作电流的热效应。  2.请你列举生活中利用电流的热效应的一个实例。 内能 电饭锅(或电暖器、电饼铛等,答案合理即可) 返回目录 3.教材通过实验对电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关进行了探究,请你回答: (1)电热和电阻之间存在怎样的关系? (2)电热和电流之间存在怎样的关系? 在电流相同、通电时间相同的情况下,一段电阻丝的电阻越大,这段电阻丝产生的热量越多。 在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一段电阻丝的电流越大,这段电阻丝产生的热量越多。 返回目录 二、焦耳定律 阅读教材,完成下列问题。 1.内容:电流通过导体产生的热量跟电流的__________成正比,跟导体的电阻成正比,跟__________成正比。  2.公式:Q=__________。其中,__________表示热量,__________表示电流, __________表示电阻,__________表示通电时间。  3.请你运用焦耳定律解释:用导线把电炉丝接到电路中,为什么电炉丝和导线中通过的电流相等,但电炉丝很热,而导线却不热? 二次方 通电时间 I2Rt Q I R t 电炉丝和导线中通过的电流相等,但由于电炉丝的电阻远大于导线的电阻,根据焦耳定律Q=I2Rt可知,电流通过电炉丝产生的热量远大于通过导线产生的热量,所以电炉丝很热,而导线却不热。 返回目录 三、电热的利用和防止 阅读教材,完成下列问题。 1.请列举生活生产中利用电热的例子,至少列举2个。 2.为防止电热造成的危害,提高电子器件的使用寿命,不少用电器都采取了有效的散热措施,请你列举2个实例。 电热水器、电饭锅、电熨斗、电压力锅、鸡苗孵化器等。(答案合理即可) 笔记本电脑通过安装风扇散热;一些手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热;大数据服务器采取多种方式进行散热等。(答案合理即可) 返回目录 课堂•互动理解 一、探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关 1.电热与电阻的关系。 【实验思路】 两个透明容器中密封着等量的空气,在两个容器中分别串联接入电阻不等的两段电阻丝,通电一段时间,通过U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化,从而间接反映电热的多少,进一步推导出电热和电阻的关系。 返回目录 【实验过程】 如图所示,将两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通电一段时间后,观察到与右边容器相通的U形管液面的高度差较大。 【实验结论】在电流相同、通电时间相同的情况下,一段电阻丝的电阻越大,这段电阻丝产生的热量越多。 返回目录 2.电热与电流的关系。 【实验思路】 两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大,在其中一个容器的外部,将另一段电阻丝与容器内的电阻丝并联。闭合开关,通电一段时间,观察两个U形管中液面高度的变化,分析得出电热和电流的关系。 【实验过程】 如图所示,闭合开关,通电一段时间后,观察到与左边容器相通的U形管液面的高度差大。 【实验结论】在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一段电阻丝的电流越大,这段电阻丝产生的热量越多。 返回目录 跟踪训练1小明用如图所示的装置(两个透明容器中密封着等量的空气)探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关。 (1)U形管中液面高度变化主要是由__________(选填“液体”或“气体”)热胀冷缩引起的。  (2)图甲能探究电流通过导体产生的热量与__________(选填“电压”“电流”或“电阻”)的关系。  甲 气体 电阻 返回目录 (3)图乙中,右侧容器外部的电阻丝的作用是使左右容器内电阻丝的______不相等。若图乙中右侧容器中电阻丝的电阻为10 Ω,则相同时间内乙图中左右两侧容器中电阻丝产生的热量之比为__________。  (4)因为电流产生的热量不易直接测量,所以实验中是通过U形管中液面高度的变化来反映容器内空气温度的变化的,这里采用的物理研究方法是__________。  乙 电流 2∶1 转换法 返回目录 解析:(1)(2)题图甲中两个透明容器中封闭着等量的空气,加热后空气膨胀使得U形管中液面高度发生变化,串联电路控制电流和通电时间相同,电阻不同,探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。(3)题图乙右侧容器内的电阻丝与外面的电阻丝的电阻相等,根据并联电阻的分流规律,内外两支路的电流相等,并联电路与左侧串联,通过左侧容器中电阻丝的电流为干路电流,因而通过左侧容器中电阻丝的电流是通过右侧容器中电阻丝的电流的2倍,而左侧电阻是右侧的一半,根据Q=I2Rt可知,左右两侧容器中电阻丝产生的热量之比为2∶1。(4)将电流通过电阻丝产生热量的多少通过U形管中液面高度的变化显示出来,运用了转换法。 返回目录 二、理解焦耳定律,并能运用焦耳定律进行电热的计算 1.焦耳定律Q=I2Rt的理论推导。 电流通过导体时,如果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,即Q=W=UIt。 再根据欧姆定律I=得出U=IR,则Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。 可见,在消耗的电能全部用来产生热量的情况下,根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。 返回目录 2.理解和应用焦耳定律应注意的几个问题。 (1)焦耳定律揭示了电流热效应的规律,其实质是电能转化为内能的规律的定量表示。 (2)焦耳定律适用于任何用电器产生的热量计算。应用公式Q=I2Rt进行计算时,需注意公式中各个物理量都要对应同一导体或同一段电路,即同一性;还要保持同时性;更要统一使用国际单位制的单位,即统一性。 (3)正确区分电热和电功。只有在纯电阻电路中,电热才等于电功(消耗的电能),即Q=W=I2Rt=t。在非纯电阻电路中,消耗的电能中只有一部分用来产生热量,而其他的电能转化成了电热之外的其他形式的能量,此时W>Q。如电流通过电动机时,电流做功,大部分电能转化成了机械能,只有一小部分电能转化成了内能。在非纯电阻电路中,消耗的电能用W=Pt=UIt来计算,产生的电热用Q=I2Rt来计算。 返回目录 (4)注意结论成立的条件。根据公式Q=I2Rt可知,在电流、通电时间一定时,电流通过导体产生的热量跟导体电阻的大小成正比。而根据公式Q=W=t可知,只有在电压与通电时间一定时,电流通过导体产生的热量跟电阻的大小成反比的结论才成立。 返回目录 跟踪训练2(2024·内蒙古中考)如图所示,电水壶的规格为“220 V　1 210 W”,电热水器的规格为“220 V　2 420 W”,电能表上标着“3 000 revs/(kW·h)”,表示每消耗1 kW·h电能,电能表的铝盘转动3 000转。当电路中单独使用电水壶烧水时,铝盘转动165转,用时180 s;某次电路中单独使用电热水器6 min。导线、电水壶和电热水器的电阻不随温度变化。 (1)求电水壶和电热水器的电阻。 (2)求此时单独使用电热水器时导线产生的热量。 答案:(1)40 Ω　20 Ω (2)1.21×105 J 返回目录 解析:(1)电水壶的电阻R电水壶==40 Ω 电热水器的电阻R电热水器==20 Ω。 返回目录 (2)单独使用电水壶烧水时,导线与电水壶串联, 电路消耗的电能W= kW·h=0.055 kW·h 电路的总功率P==1.1 kW=1 100 W 电路中的总电阻R==44 Ω 导线的电阻R线=R-R电水壶=44 Ω-40 Ω=4 Ω 单独使用电热水器时,电路中的总电阻R'=R线+R电热水器=4 Ω+20 Ω=24 Ω 电路中的电流I'= A 导线产生的热量Q=I'2R线t'=×4 Ω×6×60 s=1.21×105 J。 返回目录 【思路导引】 (1)计算电水壶和电热水器的电阻,运用综合法明确解题思路: 已知电水壶、电热 水器的U额、P额→选择公式P=的变形R=→代入数值进行计算 (2)计算单独使用电热水器时导线上产生的热量,运用分析法明确解题思路: 返回目录 本课结束 $