15.4 焦耳定律 2025-2026学年物理沪粤版（2024）九年级上册

该初中物理课件围绕“焦耳定律”展开，从电流的热效应现象出发，通过生活实例引导学生提出问题，逐步构建“影响电热因素”的探究路径，形成由现象到规律、由猜想到实验验证的学习支架，有效衔接了电学基础知识与能量转化观念。 其亮点在于深度融合科学探究与物理观念，以实验设计为载体落实科学思维，如用U形管液面变化和液体温度变化两种方案比较热量多少，体现模型建构与证据推理。特别在非纯电阻电路分析中，通过电动机卡住时发热的案例，强化能量守恒观念与安全责任意识。这种基于真实情境的问题驱动教学，既提升学生解决实际问题的能力，又帮助教师精准突破难点，实现核心素养落地。

15.4焦耳定律 恐怖的电热 新课导入 电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能的现象叫做电流的热效应。 电熨斗 电炉 电暖器 电饭锅 电流的三大效应 热效应 例子：电热器 磁效应 例子：电磁铁 化学效应 例子：电镀 电流的热效应 热得发红 几乎不发热 电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关？ 影响电流产生热量的因素 电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关？ 实验：探究电流通过导体产生热的多少与什么因素有关 猜想与假设 2 提出问题 1 可能跟导体的电流、电阻、通电时间有关。 设计实验 3 实验方法： 电流的热效应 每次只改变其中的一个因素，而控制其余几个因素不变。 控制变量法 通过U形管液面的高度变化来反映产生热量的多少。 转换法 交流讨论 ①导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？ ②点亮的白炽灯泡过一会儿会烫手，说明什么？ 根据事实，作出猜想： 事实1：时间越长，电熨斗和灯泡产生的热量越多。 猜想1：导体产生的热量可能与______________有关。 事实2：电熨斗发热，而跟电熨斗相连的导线却不太热。 猜想2：导体产生的热量可能与______________有关。 事实3：电源被短路时电池过热容易被烧坏。 猜想3：导体产生的热量可能与______________有关。 电流大小 通电时间长短 电阻大小 控制变量法 新知学习 一、通电导体放出的热量跟哪些因素有关 事实表明，电流通过导体时，导体会发热，这种现象叫作电流的热效应 给电热水壶通电可以将冷水加热 给电烤箱通电可以将其中的面包烤熟 计算机主机长时间工作后外壳会发热 猜想假设 通电导体产生的热量与哪些因素有关？ 1.电热水壶把水烧开需要一段时间，说明什么？ 通电导体产生的热量与通电时间有关，时间越长，产生的热量越多 2.电炉丝和导线串联接入电路，通过电炉丝和导线的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 通电导体产生的热量可能与导体的电阻大小有关 3.电路发生短路时，电流很大，可能会引起火灾？ 通电导体产生的热量可能还与电流的大小有关 怎样判断电流通过导体时产生热量的多少? 思考 方案一： 给密闭容器内的空气加热，通过观察 U形管中液柱的高度差来比较导体产生热量的多少. 电热 液面高度差 转换法 实验装置 电流产生的热量(Q放) 热传递 盒内空气吸收 的热量(Q吸) 热膨胀 增大的体积 液面的高度差 转 换 方案二： 利用电热器加热质量相同的同种液体，通过液体温度升高的情况，判断通电导体产生热量的多少 电流产生的热量(Q放) 热传递 瓶内液体吸收 的热量(Q吸) 热膨胀 液体升高的温度 温度计的温度差 转 换 电热 液体温度差 转换法 如果选用方案二，对于液体的选取有什么要求?为什么？ 思考 因为比热容越小，吸收同样热量时，液体温度上升得快，实验现象越明显. 选用比热容较小的液体 (如煤油 ) 控制不变的量是：______ __________。 电流 通电时间 R1 = 10 Ω R2 = 15 Ω A 结论：在通电时间和电流大小相同的情况下，电阻的阻值越大，产生的热量越多。 探究电流热效应与电阻大小的关系 实 验 1 需要改变的量是：______ 。 电阻 如何实现呢？ 探究电流热效应与通过导体的电流之间的关系 实 验 2 结论：在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。 控制不变的量是：_______ __________。 电阻 通电时间 需要改变的量是：______ 。 电流 如何实现呢？ 实验1：在电流大小和通电时间相同的条件下，导体的电阻值越大，产生的热量就越多； 实验2：在导体的阻值和通电时间相同的条件下，通过导体的电流越大，导体产生的热量就越多； 实验结论： 在两次实验过程中，随着加热时间的延长，液体温度升高得越多，表明在电流大小和导体的阻值相同的条件下，通电时间越长，导体产生的热量就越多. 电线和电炉串联，电流、时间都相同，而电炉的电阻比导线的电阻大的多，电流通过电炉产生的热量多，因此电炉丝热而导线却不热. 释疑 现在你能够回答：为什么电炉丝变得非常热，可是跟它串联的导线摸起来不是很热了吗？ 在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是为什么？ 导线相互连接处的电阻大。根据电流的热效应跟电阻大小的关系，接入电路的电阻越大，发热越多，温度越高，这样长时间工作会加速老化，甚至引起火灾。 思考 通电导体产生的热量跟导体的电阻、导体中的电流以及通电时间有关；且电阻越大，电流越大，通电时间越长，则产生热量越多. 那么热量与电阻、电流、通电时间是简单的正比关系吗？ 问题与思考 问题与思考 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. 1.内容：电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。这个规律叫做焦耳定律 2.公式： Q = I2 R t J A Ω S 3.单位： 二、焦耳定律 热量=电流2×电阻×时间 Q I R t 固定单位 4、理论推导：电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热能，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： 如果电路是非纯电阻电路，焦耳定律是否适用？ 思考 Q= W = Pt = UIt = IR·It = I2Rt 对于非纯电阻电路，即当电流通过导体时，如果电能一部分转化为内能，一部分转化为其他形式的能量　 电能 W = UIt 电热 Q = I²Rt 其他形式能量E 电能 W 内能Q 机械能E 电流 扇叶转动 　W ≠ Q I ≠ U R 电风扇 W = Q + E UIt = I²Rt + E 如果在通电时扇叶没有转动，会发生什么？ 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） 此时，W =UIt=Q=I2Rt 此时很容易引发安全事故，因此，严禁这种情况出现 温馨提示 不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，对于求热量和消耗电能，Q =I2Rt 和 W =UIt 总是成立的. 影响产生电热与电阻的关系 影响产生电热与电流的关系 二、焦耳定律 1．内容： 2．公式： Q = I 2Rt 　　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。 3. 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） 1焦耳=1安2×1欧×1秒 焦耳定律 电能和电热的关系 非纯电阻电路 电能转化为其他形式的能和内能。W＞Q 实例：电风扇、转动的电动机、电视、电脑、电池充电 电功:W=UIt=Pt 电热:Q=I2Rt 电功率:P=UI= W t 纯电阻电路 电能全部转化为内能（只发热）。W=Q 实例：白炽灯、电炉、电饭锅、电烙铁、卡住的电动机 W=Q=UIt=Pt=I2Rt= U2 R t P=UI= =I2R= W t U2 R （W=Q+W外） 电热的利用和防止 电热的利用 电熨斗 电炉 电暖器 电饭锅 电热器 电热孵化器 电热器 主要部分：发热体。 原理：电流的热效应。 发热体 电阻率大熔点高。 优点 清洁卫生、热效率高、控制方便。 电热的利用和防止 电热的防止 电视后盖 散热风扇 高压输电 危害 绝缘材料迅速老化、损坏，严重的甚至引起火灾。要通风散热。 电热的利用和防止 焦耳定律 　　一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量? 例 解： I =　 =　　　= 0.6 A U R 36 V 60 Ω Q=I2Rt =(0.6 A)2×60 W×300 s = 6 480 J 答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。 解释现象 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? 课堂小结 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 Q = I2Rt =(0.9 A)2×80 Ω×10×60s = 3.888×104 J 例题　一根80 Ω 的电阻丝接在72V的电源两端，在10 min内共产生 多少热量? 答: 在 10 min内共产生 3.888×104 J 热量。 解: 由欧姆定律得通过电阻丝的电流 由焦耳定律得 三、电热的利用和防止 1. 电热的利用 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。 三、电热的利用和防止 利用电热孵化器孵小鸡 三、电热的利用和防止 　　电流的热量有时是有害的，应该及时解决。 （1）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 三、电热的利用和防止 0.28 电视机的后盖 （2）电视机散热方法： 在后盖开有很多孔，为了通风散热。 （3）投影仪的散热方法： 除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。 散热窗 散热风扇 三、电热的利用和防止 电流通过用电器都会产生热量，哪些是有利的，哪些是有害的。 电视机 电暖气 电风扇 电熨斗 手机 电饭煲 电脑 电动机 有害 有利 有利 有害 有害 有利 有害 有害 利用电流的热效应来加热的设备才是电热器。 内容：电流通过导体产生的热量跟_____的二次方成正比，跟导体的_____成正比，跟__________成正比。 公式： 1．电流的热效应 Q = I 2Rt 2．焦耳定律 3．电热的利用和防止 电流通过导体时电能转化成____能的现象。 内 电流 电阻 通电时间 Lavf57.62.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf57.62.100 Lavf57.77.100 $