18.4 焦耳定律 Ai 课件-2025-2026学年人教版物理九年级上学期

该初中物理课件围绕电流的热效应及焦耳定律展开，通过“战斗机器人发热宕机”情境导入，引导学生从生活现象出发，设计实验探究电阻、电流、通电时间对热效应的影响，经控制变量法和转换法实验得出结论，进而推导焦耳定律公式，区分电功与电热，最终联系电热的利用与防止，构建“现象-探究-理论-应用”的完整学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过自制灯泡实验、U形管液面变化演示实验，培养学生问题提出与实验设计能力。运用控制变量法分析数据推导公式，强化科学思维中的科学推理与模型建构。结合电炉与导线发热差异等实例，渗透能量观念，体现科学态度与责任。学生能提升探究与应用能力，教师可借助情境导入、实验方案及案例实现高效教学。

更换大功率发动机后，战斗机器人战场表现十分抢眼，但是却遇到了一个严重的问题，我们先看一下战场画面吧！ 因为功率过大，导致其机器发热严重，系统出现了宕机情况。这种情况十分严重...请帮我们研究一下这是什么原因，如何改进？ 咦,发热的现象？同学们，这种现象你们遇到过吗？我就遇到过，非常尴尬~ 同学们，你们能否设计实验来探究一下： “电流热效应的影响因素”呢？ 实际上，我们发现电能可以转化为内能，而这种现象就叫做电流的热效应，爱迪生当年发明白炽灯的过程中就利用了该原理！ 那么，同学们，我们就需要先猜想与哪些因素有关。你们可以猜想一下，不过我也有自己的一套猜想逻辑！ 我们不妨从理论上来推演一下电流热效应的影响因素吧，热效应就是微粒的热运动加剧。正是由于导体对电流有阻碍作用，电流在通过时势必与其他微粒间发生碰撞，从而加剧热运动。所以，从理论上这种阻碍越大，导体中电子单位时间通过的越多，累积的时间越长，热效应就越明显！ R（电阻） I（电流） t（通电时间） 有电流、电阻、通电时间三个因素影响，那么我们应该用怎样的物理实验方法呢？最后实验如何设计？ 实验表明 ：在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量＿＿＿＿；电阻相同时，电流较大的电阻比电流较小的电阻产生的热量＿＿＿＿。 多 多 电热与电阻的关系 新课讲授 演示 如图所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中电阻丝的电阻比较大。 两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么? 电流的热效应 一 新课讲授 演示 电流的热效应 一 关于实验方法的说明： ①控制变量法： 在探究电流通过导体产生热的多少跟电流的关系时，应该控制电阻和通电时间不变。把5Ω电阻放在容器内是为了控制产生热量的电阻相同，同一电路的通断也可以控制通电时间相同。将另一段电阻丝与容器内的电阻丝并联，因此通过两个容器中电阻丝的电流不同。 ②转换法： 实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。 电热与电阻的关系 新课讲授 演示 电流的热效应 一 实验表明: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。 电热与电流的关系 新课讲授 演示 如图所示，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，因此通过两个容器中电阻丝的电流不同。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么? 电流的热效应 一 电热与电流的关系 新课讲授 演示 电流的热效应 一 实验表明: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， 在电流热效应的研究中，焦耳与楞次各自独立地做出了重要贡献。焦耳通过系统的实验，于1840年得出电流通过导体时产生的热量与电流的平方、导体的电阻以及通电时间成正比的关系，即焦耳定律，为电学和热学的研究奠定了重要基础。楞次则在不知道焦耳已经发现这一规律的情况下，独立地进行了实验，在1842年左右得出了与焦耳相似的结论，进一步验证了电流热效应的规律。两人的工作相互补充，共同推动了电流热效应定律的确立和发展。 焦耳（1840） 楞次（1842） __________ 这焦耳定律的公式好熟悉啊，它不就是把电功的公式换了个符号吗？ 电能可以被转化为其他形式的能，如机械能、内能、光能等。而电流的热效应则特指将电能转化为内能的情况。所以，电功公式与焦耳定律公式的应用主要区别在于它们描述的能量转化情况不同。电功公式描述的是电能转化为其他各种形式能的情况，而焦耳定律公式描述的是电能转化为内能的情况。 W电功 ≥ Q电热 机械能 光能 内能 内能 电流做功是将电能转化为多种形式的能的过程，当然也包括内能。而电热仅将电能转化为内能。因此，只有在电能完全转化为内能时，电功才等于电热。 新课讲授 焦耳定律 二 焦耳定律的推导 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。 新课讲授 焦耳定律 二 电功与电热 非纯电阻电路 在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 。 此时电能=内能+机械能 ，所以Q＜W。 例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量 新课讲授 焦耳定律 二 电功与电热 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Q=W 上述公式适用于纯电阻电路。如电炉、电热器、电熨斗等。 新课讲授 焦耳定律 二 电功与电热 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。 新课讲授 焦耳定律 二 电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围 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 （所有电路） 推导公式 纯电阻电路 Q=W 学习结束了吗？ 别急，还有彩蛋！ 新课讲授 焦耳定律 二 学了焦耳定律，你能回答“电炉丝通过导线接到电路中，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？” 我热得发红 我怎么热不起来呢？ 电炉丝和导线串联，通过电炉丝和导线的电流相同，但电炉丝的电阻远大于导线的电阻，根据Q=I2Rt，在相同的时间内电炉丝产生的热量更多，所以电炉丝很热，而导线却不热。 新课讲授 例题 四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4。如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中;如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1=R3，R2=R4，R1>R2。 (1)电阻为R1和R2的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多? (2)电阻为R3和R4的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多? 焦耳定律 二 U R1 R2 甲 U R3 R4 乙 新课讲授 例题 焦耳定律 二 U R1 R2 甲 解（1）在串联电路中，通过电阻R1和R2的两个电阻器的电流相等。据焦耳定律Q=I2Rt，当I、t相同时，Q与R成正比，由于R1 >R2，因此相同时间内电阻为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。 纯电阻串联电路中，电阻越大，放热越多，用公式Q=I2Rt判断 新课讲授 例题 焦耳定律 二 U R3 R4 乙 （2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律Q=I2Rt和欧姆定律I= ，可得Q= 。由公式可知，电压相同时，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比，且R3>R4 ，因此相同时间内电阻为R4的电阻器放出的热量比电阻为R3的电阻器多。 U R U2 R t 纯电阻并联电路中，电阻越大，放热越多，用公式Q= 判断 U2 R t 新课讲授 焦耳定律 二 想想议议 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？ 第一种说法，在通电时间、电压相同时，由欧姆定律I= 与焦耳定律Q=I2Rt可得Q= ，因此电阻越小，产生的热量越多。第二种说法，在时间、电流相同时，由Q=I2Rt可知，电阻越大，产生的热量越多。两种说法在各自前提下都是正确的，所以二者不矛盾。 U R U2 R t 电流热效应虽无法避免，但可通过选用低电阻率材料或加大导线横截面积来抑制。它在生活中实则一把“双刃剑”，利弊并存。 新课讲授 电热的利用和防止 三 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。 新课讲授 电热的利用和防止 三 电热的防止 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。 知识拓展 课堂小结 1．甲、乙两电热器通过的电流之比为3∶2，通电时间之比为2∶3，电阻之比为4∶3，则产生热量之比为（　　） A．1∶2 B．2∶9 C．2∶1 D．9∶2 C 2．现将标有“220V 100W”的电冰箱、电风扇、电炉各一台，分别接入电路中均正常工作，在相同时间内（　　） A．三个用电器产生的热量相同 B．电风扇消耗的电能最多 C．电炉将消耗的电能转化为内能最多 D．单独将电冰箱接入电路时，电能表转得最快 B 3．在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，如图所示，在甲、乙两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。 （1）电流通过导体产生热量是电流 的 效应； （2）通电一段时间后 （选填 “甲”或“乙”）容器连接的U形管液面高度差较大； （3）实验表明：电流通过导体产生的热量跟 （选填“电流”或“电阻”）的大小有关。 热 甲 电阻 4．如图所示的电路中，R1＝10Ω，R2＝15Ω，当开关S闭合时，电流表示数为3A，求： (1)电源电压； (2)通过电阻R2的电流； (3)电路工作5min产生的电热。 null 29016.0 chi - Õ¾³¤ËزÄ(sc.chinaz.com) null 10266.117 null 13270.155 null 8803.281 Lavf58.20.100 null 14706.869 null 7053.081 null 9586.943 null 27402.607 null 9482.455 null 45165.35 null 6713.488 null 29335.713 null 16248.071 null 5381.2373 Lavf58.20.100 null 14158.306 $