三、 电流的热效应 焦耳定律（培优教学课件）物理新教材苏科版九年级下册

该初中物理课件聚焦“电流的热效应及焦耳定律”核心知识点，通过“导线与电熨斗串联发热差异”“灯泡烫手现象”等生活问题导入，衔接电能表与电功前序知识，以实验探究、例题解析、分层练习为支架，构建“现象—猜想—验证—应用”的完整学习链。 其亮点在于以科学探究为主线，设计控制变量法实验（如串联不同电阻、改变电流和时间）引导学生自主得出焦耳定律，强化科学探究素养。结合电饭煲利用电热、芯片散热防止危害等实例，渗透能量观念，落实物理观念。例题与练习梯度分明，课堂总结结构化呈现公式及纯/非纯电阻电路应用，助力学生构建知识网络，提升科学思维，教师可直接用于教学，高效达成教学目标。

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 下册 义务教育教科书 第十五章 电能表与电功 电饭煲、电冰箱、洗衣机、空调…… 各种用电器给人们带来了便捷与舒适。 尽管它们结构、功能各异， 但工作时都要消耗电能，并且都会发热。 …… …… …… 用电器消耗的电能与哪些因素有关? 电热器产生的热量又与哪些因素有关? 三、电流的热效应 焦耳定律 导入新课 第三节 电流的热效应 焦耳定律 想一想 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？ 1. 知道电流的热效应及其应用。 2. 通过实验探究，知道影响电流热效应的因素。 3. 知道焦耳定律。 4. 会用电热公式进行相关问题的分析与计算。 学习目标 第三节 电流的热效应 焦耳定律 重点与难点 教学重点： 1. 焦耳定律。 2. 实验探究知道影响电流热效应的因素。 教学难点： 设计实验，探究知道影响电流热效应的因素。 第三节 电流的热效应 焦耳定律 学习内容 1. 电流的热效应 2. 焦耳定律 3. 课堂总结 4. 实践与练习 5. 综合提升训练 第三节 电流的热效应 焦耳定律 一、电流的热效应 第三节 电流的热效应 焦耳定律 一、电流的热效应 （1）寻找以下用电器的共同特点 电热毯、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。 （2）电流的热效应 导体中有电流通过时会发热，电能转化为内能，这种现象称为电流的热效应。 1. 电流的热效应 一、电流的热效应 利用电流热效应工作的用电器称为电热器。 生活中，有许多用电器就是利用电流的热效应工作的，如电饭锅、电烙铁、电熨斗和电热油汀等，如图所示。 2. 电热器 一、电流的热效应 电流热效应也有不利甚至有害的一面。例如，手机、计算机、电视机等用电器，工作时由于电流热效应而发热，不仅浪费电能，还可能会因温度过高而损坏，甚至会引发安全隐患。 3. 电流热效应的危害 一、电流的热效应 【例题1】图所示的几种用电器正常工作时，不是利用电流的热效应工作的是（ ） A．电热水器 B．电风扇 C．电饭锅 D．电烤箱 【解析】A. 电热水器工作时主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；B．电动风扇是将电能转化为机械能的用电器，没有利用电流的热效应，故B符合题意； C．电饭锅工作时主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；D．电烤箱工作时主要将电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故D不符合题意。故选B。 C A B C D 二、焦耳定律 第三节 电流的热效应 焦耳定律 电炉是通过铜导线接入电路中的。通电时，电阻丝发热而铜导线却几乎不发热，它们产生的热量是否与电阻有关？ 猜一猜： 通电导体产生热量的多少可能与哪些因素有关？ 电热器只有在通电时才发热，它们产生的热量是否与电流有关？ 二、焦耳定律 1. 探究影响电流热效应的因素 二、焦耳定律 探究影响电流热效应的因素 活 动 进行猜想 ②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?它们产生的热量是否与电阻有关？ ①电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关? ③给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？ 二、焦耳定律 装置与原理 如图所示，将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油） 中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，因此我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。 二、焦耳定律 设计实验 1. 探究电阻丝中的电流大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制? 2. 探究电阻丝的电阻大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制? 3. 探究通电时间对产生热量的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制? 二、焦耳定律 1. 探究电阻丝中的电流大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制? 采用控制变量法进行实验。 在探究电阻丝中的电流大小对产生热量的影响时，需要控制电阻与通电时间相同，而电流不等。 可以选用同一根电阻丝接入电路，保持通电时间一定，调节滑动变阻器，改变电阻丝的电流。 设计实验 二、焦耳定律 采用控制变量法进行实验。 在比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响时，需要控制电流与通电时间相同，而电流不等。 可以选用两段阻值不等的电阻丝R1和R2分别安装在两个相同装置中，然后将它们串联接入电路，通电一段时间。 2. 探究电阻丝的电阻大小对产生热量多少的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制? 设计实验 二、焦耳定律 采用控制变量法进行实验。 在比较通电时间对产生热量的影响时，需要控制电阻与电流相同，而时间不等。 可以选用同一根电阻丝接入电路，保持电流不变，改变通电时间。 3. 探究通电时间对产生热量的影响时，需要控制哪些物理量不变？如何进行控制? 设计实验 二、焦耳定律 进行实验与收集证据 1. 将同一根电阻丝接入电路，观察在一定时间内液体温度的变化。保持时间一定，调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流，进行多次实验。 实验现象：时间一定时，电流较大时温度计的示数变化大。 2. 将两段阻值不等的电阻丝R1和R2分别安装在两个相同装置中，然后将它们串联后接入电路，通电一段时间，观测两个装置中液体温度的变化。 实验现象：阻值较大的电阻R1对应的温度计的示数变化大。 3. 将同一根电阻丝接入电路，保持通过电阻丝的电流不变，改变通电时间，观察液体温度的变化。 实验现象：通电时间越长，温度计的示数变化越大。 二、焦耳定律 由上述实验可知，影响通电导体产生热量的因素有：电流、导体的电阻、通电时间。 实验结论 电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 二、焦耳定律 （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、焦耳定律 视频讲解——《影响导体产生热量的因素》 二、焦耳定律 2. 焦耳定律 （2）公式： Q = I2Rt  公式中各物理量及其单位： 电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。 （1）内容： 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） 二、焦耳定律 焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。 他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。即焦耳定律。 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。 人物介绍 主要成就 （3）物理学家——焦耳 二、焦耳定律 （4）推导焦耳定律   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。 二、焦耳定律 （5）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。 二、焦耳定律 ②电功与电热的联系 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，即电热等于电功 Q热量=W 。 例如，电取暖器、电饭煲、热水器等这些用电器工作时电能全部转化为内能，产生的热量均可用下列公式计算： Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt 二、焦耳定律 非纯电阻电路 在该类电路中，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，即电热小于电功 Q热量＜W 。 例如，电风扇、洗衣机等。这种情况下，计算电流产生热量的公式为： Q =I2Rt I 表示电流，R 表示用电器（电动机）的电阻。 二、焦耳定律 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=I 2Rt 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。 想一想 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？ 二、焦耳定律 【例题2】某电热器接入220V的电路中正常工作时，其发热体的电阻为55Ω，求该电热器在20 min内产生的热量? 分析：根据已知条件，可以先由欧姆定律计算出通过发热体的电流，再由焦耳定律计算出电热器在20min内产生的热量。 解： 通过发热体的电流 I=U/R=220V/55Ω=4A 该电热器在20 min内产生的热量 Q=I²Rt=(4A)² ×55Ω×20×60s=1.056×106J 反思：本题可以按照Q=W=UIt的思路求解吗? 也可以用电功的公式W=UIt求解。因为电热器产生的热量等于电流做的功。 二、焦耳定律 【例题3】如图甲是一款采用增压技术的挂烫机，简化电路如图乙，电源电压为220V，R1、R2是电热丝，R1=55Ω，R2=110Ω。开关S接2、3时处于慢热挡；开关S接3、4时处于速热挡。求： （1）挂烫机慢热过程中，电路中的电流； （2）挂烫机慢热工作1min，电热丝产生的热量； （3）挂烫机速热过程中的总电功率。 二、焦耳定律 【解析】（1）由电路图可知，开关S接2、3时处于慢热挡，只有电热丝R1接入电路中，则电路中的电流为I=U/R1=220V /55Ω=4A （2）慢热工作时间为 t=1min=60s 电热丝产生的热量为 Q=I²R1t=(4A)² ×55Ω×60s=5.28×104J （3）开关S接3、4时处于速热挡，两电电热丝并联，R1、R2的电功率分别为 挂烫机速热过程中的总电功率为 P=P1+P2=880W+440W=1320W 二、焦耳定律 【例题4】如图是探究“影响电流热效应的因素”的实验装置，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＞R2，瓶中装有质量相等的煤油。开关闭合，电路接通一段时间后，下列对两烧瓶的对比分析和判断正确的是（　　） A．因为通过两电阻丝的电流相等，所以两电阻丝两端的电压相等 B．因为通过乙瓶电阻丝的电流大，所以乙瓶的温度计示数变化快 C．因为甲瓶中煤油的比热容要小，所以甲瓶的温度计示数变化快 D．因为甲瓶中电阻丝产生的热量多，所以甲瓶的温度计示数变化快 D 二、焦耳定律 【解析】AB．由图知：两段电热丝串联在同一电路中，所以通过的电流相同，因为R1＞R2，由欧姆定律得，R甲两端的电压大于R乙两端的电压，故AB错误； CD．已知R1＞R2，表明该实验条件下，导体的电阻越大，电流产生的热量越多。甲瓶温度计示数升高快，实验中加热的是相同质量的同种物质，说明甲瓶中电热丝产生的热量多，故C错误，D正确。 所以选D。 芯片体积小、内部元件密集，电流产生的热量不易散发。如果不采取有效的散热措施，芯片会因温度过高而影响工作性能甚至损坏。 （1）芯片的散热方法 计算机的中央处理器（CPU）芯片、显卡的图形处理器（GPU）芯片，通常都装有散热器。 散热器一般由电扇和散热片组成。CPU或GPU芯片通过导热性能良好的铜片与散热片接触，产生的热量能迅速传导到散热片上。散热片与空气的接触面积大，加之电扇对其吹风，促进空气流通，从而达到散热的目的，将芯片的工作温度控制在允许范围内。 芯片的散热 （2）超薄计算机、手机的散热方法 随着新材料和新技术的应用，超薄计算机、手机等小型电子设备芯片的散热措施有了更多的选择。 ①采用石墨散热片。不仅散热效果好而且能有效防止芯片局部过热； ②将导热凝胶覆盖在芯片表面。使芯片与散热部件充分接触，从而提高散热效率； ③真空腔均热板装置。它类似于一个微型“空调”，通过内部工作物质汽化、液化的不断循环进行散热。 芯片的散热 三、课堂总结 第三节 电流的热效应 焦耳定律 课堂总结 ①电流的热效应：电流通过导体电能转化为内能的现象. ②电热器：利用电流热效应工作的用电器. ③影响电流热效应的因素：电流、电阻和通电时间. ①内容：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比， 与导体的电阻成正比，与通电时间成正比. ②公式: Q=I2Rt  I 为电流，单位A； R为电阻，单位Ω； t 为通电时间，单位s； Q为热量，单位J. ③推导公式：Q=t=UIt 适用于纯电阻电路. ④电功与电热：纯电阻电路 Q=W；非纯电阻电路 Q<W. 应用：电热器。防止：散热器等. 电热器 焦耳定律 电流的热效应 焦耳定律 电热的利 用和防止 四、实践与练习 第三节 电流的热效应 焦耳定律 实践与练习 【解析】因为电热器内部的发热体与导线串联，电流与通电时间相等，但是发热体电阻丝的电阻远大于电线的电阻，根据焦耳定律Q=I 2Rt 可知，在相同时间内，电阻丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电热器内部发热体的温度很高，而将它与电源相连的导线却不怎么热。 1. 电热器工作时，其内部发热体的温度很高，而将它与电源相连的导线却不怎么热。 这是为什么? 实践与练习 2. 某家用电暖器的规格为“220V 1000W”。这种电暖器正常工作时内部电热丝的电阻是多大?在额定电压下工作10min，产生的热量是多少焦? 【解析】电暖器内部电热丝的电阻： R U额2 P额 =U额I额= = R P额 U额2 = （220V）2 1000W = 48.4Ω 内部电热丝产生的热量为： Q=W=Pt=1000W×60s×10 =6×105J 实践与练习 3. 某型号电饭锅有两挡，“1”挡是高温烧煮，“2”挡是焖饭、保温。图所示是对该电饭锅进行测试的电路，其中R0和R是电饭锅内部的发热体。当开关S先后置于“1”挡和“2”挡时，电流表的示数分别为5A和0.1A。 （1）求R0和R的阻值。 （2）当开关S置于“1”挡和“2”挡时，电饭锅的功率分别是多大? 实践与练习 【解析】（1）当开关S置于“1”挡时，电路为 R0的简单电路，电路中电流为5A，电阻R0的阻值： R0 =U/I=220V/5A=44Ω 当开关S置于“2”挡时，R0与R串联，电路中的电流0.1A，电路中的总电阻：R=U/I′=220V/0.1A=2200Ω R的阻值：R=R总-R0=2200Ω-44Ω=2156Ω （2）当开关S置于“1”挡时，电饭锅的功率： P1=UI=220V×5A=1100W 当S置于“2”挡时电饭锅的功率P2=UI′=220V×0.1A=22W． 五、综合提升训练 第三节 电流的热效应 焦耳定律 综合提升训练 1．芯片体积小，元件密集。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有______，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的_____效应。为了不影响芯片的性能，通常让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过________的方式改变芯片内能。 【解析】由于芯片原件有电阻，电流通过导体时，导体发热是电能转化为内能，这种现象叫电流的热效应。 散热部件与芯片紧密接触，热量通过热传递的方式传递给散热部件，从而起到降温作用。 热传递 电阻 热 2. 如图所示，是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为5V，电热丝R阻值为1Ω。闭合开关S，电热丝温度升高，利用电流的 ______效应实现高温封口，3s内产生的热量为______J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以_____（选填“增大”或“减小”）电热丝的阻值。 【解析】塑料袋封口夹是当电热丝有电流通过时，电热丝能发出热量，所以利用电流的热效应实现高温封口的。 电源电压为5V，电热丝R阻值为1Ω ，则3s内产生的热量 使用时总把塑料袋烫坏，即产生热量过多，则需要减小电热丝的功率，由P=U2/R可知，电压一定时，增大电阻，可以减小电热丝的功率。 综合提升训练 热 增大 75 3．有三个用电器，一个是“220V 60W”的电风扇，一个是“220V 40W”的电热毯，另一个是“220V 45W”的LED节能灯，都正常工作相同的时间，产生热量最多的用电器是_________，若该用电器工作时的实际电压只有额定电压的80%，则它在100s内产生的热量为__________ J（不考虑温度对其电阻的影响）。 2560 综合提升训练 电热毯 【解析】三个用电器额定电压相等，额定功率差不多，根据W=Pt可知相同时间消耗的电能差不多，电风扇主要将电能转化为机械能和内能，节能灯工作时将电能大部分转化为光能，而电热毯属于纯电阻用电器，主要将电能转化为内能，电热毯产生的热量最多。 电热毯的电阻 若该用电器工作时的实际电压只有额定电压的80%，实际电压 U实=80%U=80%×220V=176V 它在100s内产生的热量为 综合提升训练 4．如图所示，阻值为R的电阻丝，用四种方法分别接在电压为U或2U的电源上。闭合开关后，在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最多的是（　　） D 综合提升训练 A B C D 【解析】因为串联电路中电阻等于各分电阻之和，并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以两电阻串联时电路中的总电阻最大，两电阻并联时电路中的总电阻最小，根据 为使电阻丝在相同时间内产生的总热量最多，电压应接2U，电路总电阻应最小，使两电阻并联，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 综合提升训练 5. 如图所示的电路，定值电阻R1的阻值为10Ω，定值电阻R2的阻值为20Ω，闭合开关S后，电流表A的示数为0.10A。求： （1）电阻R1两端的电压； （2）电源电压； （3）整个电路在1min内产生的热量。 综合提升训练 【解析】 （1）分析电路可知，R1、R2串联，电流表测电路电流。则电阻R1两端的电压为 U1=IR1=0.1A×10Ω=1V （2）R2两端的电压为U2=IR2=0.1A×20Ω=2V 则电源电压为U= U1+U2=1V +2V=3V （3）整个电路在1min内产生的热量为 Q=W=UIt=3V×0.1A×60s=18J 综合提升训练 6. 在探究“影响电流热效应的因素”实验中： （1）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较________________，来判断相同时间内不同电流产生的热量多少。实验中烧瓶内液体选择了煤油而不是水，主要是因为煤油_________，吸热升温现象明显。 比热容小 温度计升高的示数 实验 次数 电流 /A 通电 时间/s 电阻 /Ω 升高 温度/℃ 1 0.3 30 10 1.5 2 0.6 30 10 6.0 综合提升训练 （2）小明先测量烧瓶内煤油的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内煤油的温度，得到温度的升高量，然后再移动滑片改变电流大小，重复上述操作，获得以下数据如表：由此得出：同一导体，_____________其产生的热量越多。 （3）若要探究电热与电阻的关系，可选择图乙中____（A/B）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻_______（串联/并联）。 （4）如果利用上述实验装置探究“水和煤油吸热升温现象”，则应选择乙图中_____（A/B）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成___________。 B 等质量的水 通电时间相 同，电流越大 串联 A 综合提升训练 综合提升训练 【解析】（1）煤油比水的比热容小，质量相同，吸收相同的热量，煤油的温度变化比较大，温度计示数变化明显，实验效果比较好。 （2）由表格数据知，同一导体，电阻相同，通电时间相同，电流越大，温度升高量越大，说明电流产生热量越多。 （3）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小。由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B电阻与甲图中的烧瓶电阻串联。 （4）“比较水和煤油比热容的大小”，可以采用质量相同，吸收热量相同的不同物质，所以选择A烧瓶，由于电阻相同，和甲图烧瓶并联，电压相同，电流产生热量相同，并且把烧瓶A的液体换成和甲图中质量相同的水。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $