18.3 跨学科实践：为家庭节约用电提建议 课件-2025-2026学年人教版物理九年级全一册

该初中物理课件聚焦焦耳定律的理解与应用，通过“电炉丝与导线发热差异”问题导入，结合实验探究（控制变量法控制电流、电阻、时间，转换法用液柱高度差反映热量）分析电热影响因素，构建从现象到原理再到应用的学习支架，衔接电功率知识。 其亮点是以科学探究为主线，通过串联并联电阻对比实验培养科学思维，区分纯电阻与非纯电阻电路深化能量观念，实例丰富（如电扇、电烙铁）联系生活。助力学生提升探究能力与知识应用能力，为教师提供结构化教学资源。

第十八章 电功率 第四节 焦耳定律 焦耳定律的理解和应用 学习重点 学习难点 焦耳定律的理解和应用 学习目标 热得发红 几乎不发热 问题 电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热? 新课导入 这是什么现象？ 生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象发生。 电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。 电流的热效应 电炉丝与导线串联接到电路里，通过的电流相同，为什么 电炉丝热得发红，而导线却不怎么热？ 电流通过导体产生的热量多少跟什么因素有关？ 电流的热效应 1、可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关； 2、可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。 3、可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。 猜想假设 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。 演示 电热与电阻的关系 电流的热效应 R1 = 5 Ω R2 = 10 Ω A 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? 实验方法： 1、控制变量法。 （1）两个透明容器中密闭的空气要求_____和_____都相同； 2、转换法。 由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行观察比较，实验中通过_____________来比较产生的电热的多少。这里应用到的物理方法是_______。 质量 初温 液柱的高度差 转换法 电流的热效应 电热与电阻的关系 （2）在探究电流通过导体产生热的多少跟电阻的关系时，应该控制_________和______________。把5Ω和10Ω的电阻串联是为了控制通过两个电阻的电流大小相同，也可以控制通电时间相同。 通电时间不变 电流不变 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。 电热与电阻的关系 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 I = 2I1 I A I1 5Ω 5Ω 5Ω 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___和___________。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。 电热与电流的关系 电阻 通电时间不变 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， 电热与电流的关系 电热与通电时间的关系 在研究通电时间对产生热量多少的影响时，应该控制电流和电阻不变 实验表明，在阻值和电流不变时，通电时间越长，电流产生的热量越多。 焦耳定律 焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先确定了电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系: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。这个规律叫作焦耳定律(Joule's law)。 如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示通电时间用t表示，那么焦耳定律为： Q=I2Rt （1J=1A2×1Ω×1S） 电流 I 的单位：安（A） 电阻 R 的单位：欧（Ω） 时间 t 的单位：秒（s） 热量 Q 的单位：焦（J） 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？” 因为电线和电炉串联，通过它们的电流，通电时间是一样的，而电炉的电阻比电线的电阻大的多，所以根据焦耳定律 可知，在相同时间内电流通过电炉产生的热量比通过电线产生的热量大，因此电炉热而电线却不热。 热得发红 几乎不发热 焦耳定律 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 焦耳定律 上述公式适用于纯电阻电路。如电炉、电热器、电熨斗、白炽灯、卡住的电动机等。 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。 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 焦耳定律 W=UIt=Pt Q=I2Rt 上述公式适用于非纯电阻电路。如电风扇、洗衣机、转动的电动机 纯电阻电路 非纯电阻电路 W=UIt=Pt Q=I2Rt 1.下列用电器中，利用电流的热效应的是（ ） A．电风扇 B．电饭锅 C．电视机 D．电动机 B 2.下列各用电器均标有“220V 60w”字样，它们正常工作相同的时间发热最多的用电器是（ ） A．电视机 B．电风扇 C．电热毯 D．电灯 C 3.当温度降到很低时，某些金属导体的电阻会突然消失，这种现象称为超导现象。假如所有导体都没有了电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是（ ） A．白炽灯仍然能发光 B．电动机仍然能转动 C．电饭锅仍然能煮饭 D．电熨斗能熨烫衣服 B 课堂练习 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? (1)R1、R2串联,电流相同，利用公式 Q=I2Rt ，因为R1>R2,所以Q1>Q2 (2)R3、R4并联,电压相同，利用公式 ，因为R3>R4,所以Q3<Q4 焦耳定律 例题 纯电阻串联电路中，电阻越大，放热越多，用公式Q=I2Rt判断 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 4.将两根火柴分别放在串联的两根电热丝R1和R2上，若R1＞R2，通电后问那根火柴先被点燃（ ） A．R1在上的火柴 B．同时点燃 C．在R2上的火柴 D．电熨斗能熨烫衣服 A 5.将两根火柴分别放在并联的两根电热丝R1和R2上，若R1＞R2，通电后问那根火柴先被点燃（ ） A．R1在上的火柴 B．同时点燃 C．在R2上的火柴 D．电熨斗能熨烫衣服 C 课堂练习 串联,电流相同，利用公式 Q=I2Rt 并联,电压相同，利用公式 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? 前提条件： 电压相同 公式： （并联） 前者 前提条件： 电流相同 Q=I2Rt 公式： （串联） 后者 两种说法在各自前提下都是正确的，所以二者不矛盾。 电热的利用和防止 电热的利用和防止 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。 电热的利用 利用电热孵化器孵小鸡 电熨斗 吹风机 电饭锅 电热水器 取暖器 电热毯 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 电热器的优点: 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的热量，不能及时散失。会产生安全隐患。 电热的防止 电视机散热孔 电脑主板风扇 笔记本散热孔 显卡散热风扇 课堂小结 6.把一台电动机接入电压为220V的电路中，通过电动机的电流为5A，电动机线圈的电阻为2Ω，1min电动机消耗的电能为多少？通过线圈的电流产生的热量为多少？ 7.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210Ω，它的额定功率有多大？在额定电压下通电10min产生多少热量？ 拓展练习 解：消耗的电能为:W总=UIt=220V×2A×60s=26400J 线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5 Ω×60s=1200J 得到的机械能为： W机=W总－Q=26400J－1200J=25200J 8、某电动机上标有“220V，2A”它的线圈电阻为5 Ω，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？ 拓展练习 1.通过某电阻丝的电流为2A时，测得它的电阻是2Ω，该电阻1min产生多少热量? 2.一台额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，1min产生多少热量? Q=W=Pt=450W×60s=2.7×104J 练习与应用 Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×1×60s=480J 3.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1 210Ω，它的额定功率有多大? 在额定电压下通电10 min产生多少热量? Q=W=Pt=40W×10×60s= 2.4×104J 4.某校师生自制了一台电烤箱。电烤箱的电阻丝通过5A的电流时，1min可产生6.6×104J的热量。求这台电烤箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。 练习与应用 5.一个电热水壶的容量为1L，电功率为1000W，在标准状态下按上述容量烧开一壶初温为20°C的水，至少需要多长时间? 水的质量𝑚=𝜌𝑉=1×103 kg/m3 ×1.0×10−3 m3=1kg 水吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg⋅℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J 电流做功W= Q吸= 3.36×105J 烧开一壶水需要时间： 6.电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。 （1）列举两个生活或生产中利用电流热效应的实例； （2）列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施 （1）电暖器、电烙铁、电饭锅 （2）电视机外壳的散热窗、计算机的散热风扇 练习与应用 7. 在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来。有人把导线简单地拧在一起，这样会使得连接处电阻增大，导致连接处比别处容易发热，甚至引起火灾。这是为什么? 在家庭电路中，导线相互连接处若接触不良，该处的电阻较大，导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流相等、通电时间相等，由 Q=I2Rt可知连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf61.1.100 Lavf61.1.100 Lavf57.77.100 Lavf61.1.100 Lavf61.1.100 Lavf61.1.100 $