第6节 电能 第4课时（教学课件）科学浙教版九年级上册

该初中科学课件聚焦焦耳定律和电热器，以生活中电驱蚊器、电热水器等发热用电器提问导入，衔接能量转化知识，通过实验探究影响电热的因素，逐步过渡到焦耳定律的理解与应用，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以探究实践为核心，用控制变量法和转换法设计电热影响因素实验，结合电熨斗、电动机等实例深化科学思维，归纳总结结构化呈现知识脉络。学生能提升探究能力和应用能力，教师可高效把握重难点，助力教学实施。

第6节 电能 （第4课时） 第3章 能量的转化与守恒 浙教版九年级上册 知识目标 焦耳定律 1 电热器 2 素养目标 知道电热器的制作原理是电流的热效应，会描述焦耳定律的内容；了解电热器的主要组成部分。 科学观念 能应用其解释相关现象；应用焦耳定律公式计算用电器产生的热量。 科学思维 用控制变量法研究影响电热因素。 探究实践 常用电热器 PART 1 探究新知 新课引入 我们的生活离不开一类用电器，如电驱蚊器、电取暖器、电热水器、电饭煲等，它们工作时都会发热，你知道它们的工作原理吗？ 新知讲授 这些用电器的能量转化情况是什么？ 电能 → 热能（内能） 电流的热效应 电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。 从能量的转化看：电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。 新知讲授 各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的 新知讲授 思考与讨论 还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的？ 电暖气、电热锅、电水壶、电烤箱、电饼铛、电熨斗等需要加热的用电器都是利用电流的热效应工作的。 新知讲授 电热器 概念： 工作原理： 组成： 主要元件： 我们将这些利用电流做功将电能转化为内能的装置叫做电热器 电流的热效应 发热体、电源、温控器、外壳等 发热体，它由电阻大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成 新知讲授 思考与讨论 电流的热效应有什么利和弊？ 利：无污染，热效率高，方便控制和调节温度； 弊：在家庭电路中，由于长期的电流热效应，导线外的绝缘层会加速老化，甚至会燃烧而引发火灾；会影响家用电器的使用性能和寿命；浪费能源。 新知讲授 电热既有有利的一面，又有有害的一面。人们利用电流的热效应制成各种用电器，对于不需要的电热，要想办法尽量减小其造成的危害。 思考与讨论 怎样减少电热的危害？ ①加装散热系统，如散热电扇；或为了更好散热而特别设计的结构，如散热窗； ②减小电阻，以减少由于电流热效应造成的能量损失，如超导材料的应用。 新知讲授 那么，电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢？ 根据已有的生活经验和已经学习的电学知识，你能做出怎样的猜想？ 以电炉为例，它的发热盘通常使用电阻较大的合金丝制成，而不是电阻很小的铜丝。这表明​​导体的电阻​​可能是一个关键因素。 电阻越大，产生的热量可能越多； 通电时间越长，产生的热量越多，温度越高； 调节到高温档时，电流更大，产生的热量更多； 综上，电流通过导体产生的热的多少可能跟电阻、电流、通电时间有关 新知讲授 【实验设计及方法】 影响电热的因素很多，如电流、电阻、通电时间，因此实验采用控制变量法。 电阻丝产生的热量看不见，可利用电阻丝产生的热量使玻璃管内煤油上升的高度进行比较，此方法为转换法。 【实验装置图】 我们可以通过实验进行探究，你会怎样设计这个实验？ 通过滑动变阻器改变电路中的电流大小 烧瓶与玻璃管相当于液体温度计，只要比较2根玻璃管内液面上升的高度，就可以比较出液体温度上升的高低，进而比较2根电阻丝放出热量的多少。 新知讲授 活动：探究影响电热的因素 【实验猜想】 可能与导体的电阻、电流的大小及通电时间有关。 【实验步骤】 ①控制电流和通电时间相同，研究电热与电阻的关系 将两根电阻丝串联（电流相等，电阻不同），标出两个玻璃管内液面位置，通电一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度，并做标记。 新知讲授 ②控制电阻和通电时间相同，研究电热与电流的关系 当两根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并做标记。 ③控制电流和电阻相同，研究电热与通电时间的关系 保持步骤②中电流大小不变，延长通电时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并做标记。 ④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。 电流越大，电阻越大，通电时间越长，产生的电热就越多 新知讲授 思考与讨论 以上实验还需要控制哪些因素保证相同呢？ 相同的烧瓶中盛有质量和初温都相同的煤油，使用相同的玻璃管且使实验前玻璃管内液面相平。 焦耳定律 PART 2 探究新知 新知讲授 电流通过导体会产生热量，热量大小与电流、电阻、通电时间具体是什么关系呢？ 通过进一步的实验可以发现——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。这个规律叫做焦耳定律。 它是由英国科学家焦耳最先发现的。 新知讲授 焦耳定律 公式： 单位：I——安，R——欧，t——秒，Q——焦。代入公式前必须统一单位。 适用范围：任何电路 注意： 焦耳定律是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，都可以用它来计算导体所产生的热量。 如电动机工作时将电能转化成机械能和内能，计算内能部分可用焦耳定律来计算。 新知讲授 思考与讨论 电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？ 电熨斗通电时可以认为将电能全部转化为内能，而电吹风机将一部分电能转化为内能，将另一部分转化为机械能，使被加热的空气能以较大的速度运动，形成风。 新知讲授 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有转化为其他形式的能，那么，电热就正好等于电功。这种情况下，焦耳定律也可以利用电功公式和欧姆定律推出。请你自己推导一下。 由欧姆定律：，可得， 所以 新知讲授 电功与电热的关系 ①只有在电能全部转化为内能的电路中，电热才等于消耗的电能，即。这种情况下，焦耳定律也可以利用电功公式和欧姆定律推出，且求电热可通过电功公式求出。 ②若消耗的电能中只有一部分转化为内能，而其他的电能转化成了其他形式的能量，则； 如电流通过电动机时，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。消耗的电能，产生的电热来计算。两者相减即产生的机械能（W-Q）。 新知讲授 【例题】如图是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关S接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到烧开；当自动开关S断开时，电饭锅处于保温状态。图中R2是加热用的电热丝，阻值为55欧；R1是电阻，阻值为145欧。试求： （1）在加热状态下，电饭锅正常工作30分钟产生多少热量？ （2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率多大？ 解：（1）在加热状态下，开关S接通，电路中只接入电热丝R2，因此通过 R2的电流： 根据焦耳定律，R2上产生的热量：。 （2）在保温状态下，开关S断开，电阻R1与电热丝R2相串联，假设此时电路中的电流为I′，根据串联电路的电压特点：，， 电饭锅消耗的功率： 。 新知讲授 思考与讨论 上面这个问题还可以用什么方法来求解？ （1）由于电饭锅将电能全部转化为内能，因此产生的电热等于其消耗的电能，即等于电流做的功。 （2） 典例分析 例1.如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A． 电冰箱 B． 电风扇 C． 电热水壶 D． 电视机 【解析】A．电冰箱工作时，把电能转化为机械能，故A不符合题意； B．电风扇工作时，把电能转化为机械能，故B不符合题意； C．电热水壶工作时，把电能转化为内能，是利用电流的热效应，故C符合题意； D．电视机工作时主要将电能转化为光能和声能，故D不符合题意。 故选C。 C 典例分析 例2.如图是探究焦耳定律的实验装置（R甲>R乙），下列说法正确的是（　　） A．该实验装置是探究电流通过导体产生的热量与电流大小的关系 B．闭合开关后，甲烧瓶中温度计示数升高比乙烧瓶快 C．通过甲、乙两电阻丝的电流不同 D．该实验运用了控制变量法和类比法 【解析】AC．该装置由于两电阻串联，电流相同，加热时间相同，故是用于探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系，故AC错误； B．实验中通过温度计示数变化，判断电流产生热量的多少，通电一段时间后，由于甲乙两烧瓶中甲电阻大于乙电阻，则甲电阻丝产生的热量大于乙电阻丝产生的热量，因此甲烧瓶中温度计示数升高比乙烧瓶快，故B正确； D．该实验中运用了控制变量法和转换法，故D错误。 故选B。 B 典例分析 例3.额定电压为4V的直流电动机的线圈电阻为1Ω，正常工作时，电动机线圈每秒产生的热量为4J，下列计算结果正确的是（　　） A．电动机正常工作时的电流强度为4A B．电动机正常工作时的输出功率为8W C．电动机每分钟转化的机械能为240J D．电动机正常工作时的输入功率为4W 【解析】A．根据线圈产生的热量公式Q=I2Rt，可知通过电动机的电流 故A错误； BD．电动机正常工作时的输入功率 P=UI=4V×2A=8W，电动机的热功率，电动机的输出功率P出=P-PQ=8W-4W=4W，故BD错误； C．电动机每分钟将电能转化成机械能𝑊=𝑃出𝑡=4W×60s=240J，故C正确。 故选C。 C 典例分析 例4.小科用迷你电动机制成了一台升降机模型如图。电路中直流电动机的线圈电阻为2Ω，R0是阻值为10Ω的定值电阻，电源电压保持24V不变，闭合开关S，当电动机正常工作时，匀速提升重为10N的物体，此时电压表示数为14V。（忽略温度对电阻的影响） （1）电动机正常工作时，通过它的电流是 A。 （2）电动机正常工作时， R0的电功率是 W。 （3）若电动机正常工作5s，可使物体上升的高度是 m。 10 6 1 典例分析 【解析】 （1）由电路图可知，闭合开关S，电动机和定值电阻R0串联，电压表测电动机两端的电压，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，定值电阻R0两端的电压U0=U-UM=24V-14V=10V 因串联电路中各处的电流相等，所以，根据欧姆定律可得，电动机正常工作时通过的电流 （2）电动机正常工作时，R0的电功率P0=U0I=10V×1A=10W （3）电动机正常工作5s消耗的电能WM=UMIt=14V×1A×5s=70J 电动机线圈电阻产生的热量Q=I2RMt=(1A)2×2Ω×5s=10J 电动机输出的机械能W机械=WM-Q=70J-10J=60J 由W=Gh可得，物体上升的高度 归纳总结 电能 焦耳定律 常用电热器 探究影响电热的因素 电流的热效应 焦耳定律内容和公式 电功与电热的关系 电热器 THANKS 感谢观看 第3章 能量的转化与守恒 浙教版九年级上册 $