18.4 焦耳定律 教学课件-2025-2026学年物理人教版九年级物理上学期

第十八章 电功率 九年级全一册•人教版 第4节 焦耳定律 从林海雪原到江南水乡，从大漠戈壁到东海之滨，我国的高速铁路横跨江河湖泊、穿越崇山峻岭、通达四面八方，深刻地改变了人们的生活和出行方式。在京沪高铁、京津城际铁路、成渝高铁等线路上， 复兴号动车组已达到350 km/h的商业运营速度。 牵引供电系统是高速铁路运输的动力来源，复兴号动车组一小时消耗的电可以让一台家用空调工作约一年。我们怎样计算用电器消耗了多少电能? 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? 导入新课 通电的电炉丝 学习目标 1、能通过生活实例，认识电流的热效应 2、能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算 3、通过学习电热的利用和防止，学会辩证的看待问题 一、电流的热效应 第4节 焦耳定律 任务一 活动：电流的热效应，电热影响因素实验 自学要求：（5分钟） 1、自习课本120页，什么是电流的热效应，列举生活中例子？ 2、猜想电热与什么因素有关？ 3、设计实验，通过什么判断电热多少？怎样控制变量？怎样设计实验装置？ 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 电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。 1. 电流的热效应 例题1：下列家用电器，利用电流的热效应工作的是( ) A．电冰箱 B．洗衣机 C．电脑 D．电饭煲 D 一、电流的热效应 电炉的电炉丝和导线中通过的电流相同，电炉丝热得发红，说明电炉丝的温度比导线高，电流在电炉丝上产生的热量更多。 电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？ 一、电流的热效应 【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 【猜想及其依据】 （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。 2. 探究影响电流的热效应的因素 一、电流的热效应 利用气体受热膨胀体积变大的规律。 转换法 控制变量法 一、电流的热效应 一、电流的热效应 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。 一、电流的热效应 分流 一、电流的热效应 一、电流的热效应 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。 一、电流的热效应 电流通过导体产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。 导体的电阻越大，通过导体的电流越大，通电时间越长，电流产生的热量越多。 实验结论 二、焦耳定律 第4节 焦耳定律 任务二 活动：焦耳定律 自学要求： 1、预习课本121-122页，知道焦耳定律内容 2、焦耳定律的公式以及纯电阻电路的公式推导 二、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）。 二、焦耳定律 单位：焦耳（J） 热量 Q=Rt 电流 单位：安培（A） 时间 单位：秒（s） 电阻 单位：欧姆（Ω） 公式： 适用于任何电路。 二、焦耳定律 2. 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。 纯电阻电路：Q=W 非纯电阻电路：Q<W 【解析】用焦耳定律公式计算电流产生的热量： Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×1×60s=480J 五、练习与应用 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? 【解析】Q=W=Pt=450W×60s=2.7×104J 五、练习与应用 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? 五、练习与应用 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? 【解析】 （1）电烙铁的额定功率 P=UI= == 40W （2）电烙铁在额定电压下通电10分钟产生的热量 Q=W=Pt= 40W ×10×60s= 2.4×104J 五、练习与应用 【解析】电烘箱的电功率 P=W/t = 6.6×104 J /60s=1100W 电阻丝工作时的电阻，根据P=UI=I2R 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。 R= = 五、练习与应用 【解析】 水的质量 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t=W/P = 3.36×105J /1000s=336s 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? 二、焦耳定律 二、焦耳定律 二、焦耳定律 5. 想想议议 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？ 【解析】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。 二、焦耳定律 二、焦耳定律 二者并不矛盾，因为两者说法的前提条件不同： 1.在时间、电压相同时，由欧姆定律与焦耳定律Rt可得t，因此电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多； 2.在时间、电流相同时，由Rt可知，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。 例题3：将两电热丝R1、R2串联起来，接在电路中。如图所示，若R1＞R2，则先被点燃的火柴是( ) A．电热丝R1上的火柴 B．电热丝R2上的火柴 C．两电热丝上的火柴同时被点燃 D．无法确定 A 例题4：甲、乙两个电热器的电阻之比为5∶4，通过的电流之比为2∶1，通电时间之比为1∶2，则电流通过甲、乙两个电热器产生的热量之比为( ) A．5∶2 B．5∶4 C．2∶5 D．10∶1 A 三、电热的利用和防止 第4节 焦耳定律 任务三 活动：电热的利用和防止 自学要求： 1、了解电热的利用和防止 3、列举生活中的例子 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 生活中和许多产业中都要用到电热。 家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的鸡苗孵化器，都是利用电热的例子。 电热的利用 三、电热的利用和防止 但是，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。 电热的防止 三、电热的利用和防止 例如，笔记本电脑通过安装风扇散热，一些手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热。 三、电热的利用和防止 大数据服务器会产生大量电热，可通过多种方式进行散热。 如果这类用电器用超导体制作，就不会产生热量，不仅消除安全隐患，还可以大大提高效率。 例题6：下列方法和措施中，能防止电热危害的是( ) A．供取暖用的电热毯 B．孵化家禽用的电热孵化器 C．天气潮湿时，长期不用的电器隔一段时间要通一次电 D．电视机的后盖上有许多散热孔 D 例题7：(多选)将规格都是“220 V　180 W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是( ) A．电冰箱产生的热量最多 B．电脑产生的热量最多 C．电热毯产生的热量最多 D．三者消耗的电能一样多 CD 区分电能与电热 四、课堂总结 第4节 焦耳定律 三、课堂总结 ①电流通过导体时电能转化成内能的现象。 ②电流通过导体产生热的多少跟电流、 电阻、通电时间有关。 ①内容：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。 ②公式: Q=I2Rt  I 为电流，单位A；R为电阻，单位Ω； t 为时间，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。 电流的 热效应 焦耳定律 电热的利 用和防止 焦耳定律 五、练习与应用 第4节 焦耳定律 【解析】（1）电暖器、电烙铁、电饭锅都是利用电流的热效应来工作的，把电能转化为内能。 （2）电视机、计算机在工作时产生的热量是有害的，电视机外壳的散热窗、计算机的散热风扇可以散失热量，防止电流热效应带来的危害。 五、练习与应用 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。 【解析】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，因为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。 五、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? $