第三节 焦耳定律 （教学课件）物理新教材鲁科版（五四学制）九年级下册

该初中物理课件聚焦“焦耳定律”，系统讲解电流热效应、电热影响因素（电流、电阻、时间）、焦耳定律公式及电热的利用与防止。课堂以“电暖气热得发红而导线不发热”的生活问题导入，通过电暖器等实例引出电流热效应，搭建从现象到本质的探究支架。 其亮点在于以科学探究为主线，实验采用控制变量法和转换法（如U形管液面高度差反映热量），培养科学探究能力。结合电功与欧姆定律推导焦耳定律，区分电功与电热，深化物理观念和科学思维。例题与通关题融入生活实例（如电水壶、空调），助力学生理解应用，教师可高效开展探究式教学，提升学生学科素养。

物理九年级下册 •鲁科版(五四学制) 第3节 焦耳定律 （本课件包含PPT42张；图片：23张；动图视频：2个；教学视频：5个） 第十六章 电功电功率 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解电流的热效应概念；掌握焦耳定律内容及表达式，知道其适用条件。 02 科学思维 通过分析电流热效应与电阻、电流关系的实验结论，培养逻辑思维能力；能运用焦耳定律公式解决简单实际问题。 03 科学探究 经历探究电热与电阻、电流关系的实验过程，学会控制变量法；能通过观察U形管液面变化分析实验现象，提升归纳总结能力。 04 科学态度与责任 养成严谨认真的科学态度，认识电流热效应在生活中的应用与危害，增强合理利用和防范电热的意识。 教学重难点 教学重点 教学难点 通过实验观察，理解电流通过导体产生热量的影响因素（电流、电阻、时间）；结合焦耳定律公式，掌握计算电流产生热量的方法。 定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。 电暖气工作时，电热丝通过导线接到电路里，为什么电热丝热得发红，而导线却几乎不发热? 本节课我们就来研究相关问题。 课堂引入 电暖器 电烤箱 电热水壶 寻找以下用电器的共同特点： 这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。 探究新知 5 一. 电流的热效应 1.电流热效应的概念： 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。 2.电热器： 利用电流热效应工作的用电设备。 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 【猜想及假设】 可能与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。 （你能说出你的猜想依据吗？） 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【设计实验】 在透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。 我们可以给电阻丝通电，并加热空气，通过U型管液面高度差比较电流产生的热量 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【实验方法】 （1）控制变量法： 在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 （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。 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【实验器材及装置图】 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【实验步骤】 （1）探究通电导体产生的热量与通电时间的关系： 等量空气、控制电流I、电阻R不变，改变通电时间t。 实验结论： 在电阻与电流相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多。 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【实验步骤】 （2）探究通电导体产生的热量与电流的关系： 等量空气、控制通电时间、电阻R不变，改变电流大小。 实验结论： 在电阻与通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多。 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【实验步骤】 （3）探究通电导体产生的热量与电阻的关系： 等量空气、控制电流I、通电时间不变，改变电阻大小。 实验结论： 在电流与通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。 探究新知 一. 电流的热效应 3.实验：探究电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关？ 【实验结论】 电流通过导体时产生热量多少与电流大小、通电时间及电阻大小有关。 在相同条件下，电流越大、通电时间越长、电阻越大电流产生的热量越多。 探究新知 【答案】热，内，大。 【详解】加热棒可以对液体进行加热是因为由于电流的热效应，电流流过导体时产生热量。 加热过程中，电能转化为暖宝内液体的内能，使其内部液体温度升高。 由吸热公式可得，在相同的条件 【例题1】如图所示是一款暖宝宝，通电后其内部加热棒可以对液体进行加热，这是利用了电流具有______效应。在加热过程中，加热棒将电能转化为_____能，为了能使暖宝放出更多的热量，暖宝内应充入比热容_____（填“大”或“小”）的液体。 课堂小练 【答案】C 【详解】A．根据串联电路电流的规律，通过R1的电流等于通过R2的电流，故A错误； B．两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，根据Q=I2Rt，已知R1<R2，R2产生的热量多，则乙温度计示数上升得较快，故B错误； C．容器中油的质量相同、比热容相同，根据Q=cmΔt，温度升高得高的油吸收热量多，所以两电阻丝产生热量的多少可以通过甲、乙温度计示数的变化进行比较，故C正确； D．探究电流产生热量的多少与电流大小，要控制电阻和通电时间相同，只改变电流大小，由图可知，电流大小不能改变，故D错误。 故选C。 【例题2】如图所示实验装置中，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的容器中，且R1＜R2，两容器中装有质量相等的油。实验过程中，电阻丝产生的热量全部被油吸收且两容器中的油均未沸腾。下列说法正确的是（　　） A．通过R1的电流大于通过R2的电流 B．甲温度计示数上升得较快 C．两电阻丝产生热量的多少可以通过甲、乙温度计示数的变化进行比较 D．图中实验装置可以用来探究电流产生热量的多少与电流大小的关系 课堂小练 【例题3】在探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关的实验中。某兴趣小组猜想：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，于是他们利用甲、乙、丙三个装置进行实验探究，如图所示，三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，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。 （1）要探究电热与电阻的关系。应选用__________组合，并将它们__________接到电源两端进行实验。 （2）选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，在通电时间相同的情况下，发现乙装置U型管中液面高度变化大，由此可得到的结论是：在电阻相同、通电时间相同的情况下，__________。 （3）实验中通过观察U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列实例采用研究方法与此相同的是__________。 A．探究电流与电压、电阻的关系 B．用铁屑显示磁体周围磁场分布 C．研究光的传播时，引入“光线” D．探究平面镜成像的特点。 课堂小练 【答案】（1）甲、乙 串联 （2）通过导体的电流越大，产生的热量越多 （3）B 【解析】（1）要研究电热与电阻的关系，需要控制通过电阻的电流与通电时间相同，而电阻的阻值不同，因此选用甲和乙组合，将它们串联接到电源两端进行实验。 （2）乙和丙，由于串联在电路中，可知通过电路乙中5Ω电阻的电流大于通过丙中5Ω电阻的电流，当在通电时间相同的情况下，发现乙装置U型管中液面高度变化大，可知气压差越大，温度差越大，热量越多，可以得出的结论是：通过导体的电流越大，产生的热量越多。 （3） A．实验中通过观察U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，这用到了转化法，而探究电流与电压、电阻的关系时，用到的方法是控制变量法，故A不符合题意； B．用铁屑显示磁体周围磁场分布时，磁体周围磁场的强弱转化为吸引铁屑的多少，故B符合题意； C．研究光的传播时，引入“光线”，这是模型法，故C不符合题意； D．探究平面镜成像的特点，用到的是替代法，故D不符合题意。 课堂小练 二. 焦耳定律 英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。 1.定律内容： 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.定律表达式： Q = I2Rt  探究新知 二. 焦耳定律 3.定律单位： 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） 1焦耳=1安2×1欧×1秒 4.物理名人： 焦耳（1818—1889），出生于英国曼彻斯特，物理学家。他发现了热和功之间的转换关系以及焦耳定律。 探究新知 5. 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。 探究新知 二. 焦耳定律 6.电功与电热的区别： （1）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。 （2）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。 若电流做的功全部用来产生热量， 即 Q = W 。 探究新知 二. 焦耳定律 案例与问题： 一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源两端，在5 min内共产生多少热量？ 【解析】先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流。 I=U/R=36V/60 Ω=0.6A 再用焦耳定律公式计算电流产生的热量： Q=I2Rt=(0.6A)2×60 Ω×5×60s=6480J。 探究新知 【答案】热，3×105. 【解析】由于输电线有电阻，电流通过导体一部分电能转化为内能，造成电能的损耗，这种现象叫电流的热效应。 根据焦耳定律可得，这段电路损耗的电能为 Q=I2Rt=（100A）2×0.5Ω×1×60s=3×105J 【例题4】将电能输送到几百千米之外的用户，在输电线上会有能量的损耗，这主要是由于电流的____效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω，输送电流为100A，每输电1min，这段线路便会损耗______J的电能。 课堂小练 【答案】A 【详解】家庭电路电压是220V，三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是1000W，通电相同时间，由W=Pt可知，三个用电器在相同时内消耗的电能相同。 A．电烤箱工作时，电能全部转化为内能，产生的热量最多，故A正确； B．空调工作时，大部分电能使压缩机和电风扇转动，转化成机械能；只有一小部分电能使压缩机和电风扇的线圈发热，产生少量的热量，故B不正确； C．吹风机工作时，一部分电能使风扇转动，转化成机械能；一部分电能使电热丝发热，产生热量，故C不正确。 D．三个用电器消耗的电能相同，但产生的热量不同，故D不正确。 故选A。 【例题5】将规格都是“220V、1000W”的一台空调、一台吹风机和电烤箱分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（　　） A．电烤箱产生的热量最多 B．空调产生的热量最多 C．吹风机产生的热量最多 D．三个用电器产生的热量一样多 课堂小练 【答案】见解析； 【详解】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=120J 得到的机械能为： W机=W总－Q=26400J－120J=25200J 【例题6】某电动机上标有“220V 2A”，它的线圈电阻为5Ω，当它正常工作1min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？ 课堂小练 电热蚊香器 利用电热孵化器孵小鸡 电热器的优点： 清洁卫生、热效率高，控制方便 电熨斗 电烤箱 探究新知 三. 电热的利用和防止 1.电热的利用： 27 电热危害：绝缘材料迅速老化、损坏，严重的甚至引起火灾，要通风散热。 设法散热 减少产生的热量 笔记本散热孔 散热风扇 电动机散热片 高压输电 探究新知 三. 电热的利用和防止 2.电热的防止： 28 探究新知 三. 电热的利用和防止 29 【答案】A 【解析】A. 电流的热效应有不利的因素，如电热会烧毁电器元器件，引发火灾。但在我们生活中和许多产业中都要用到电热．如家里的电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器等都是利用电热的，故选项A错误； B. 任何用电器中都有导线，导线都有电阻，当电流经过电阻时，就会产生热量，所以选项B的说法是正确的； C. 保险丝是用电阻率大而熔点低的材料制成的，当电流过大时，它由于温度升高而熔断，切断电路，起保护作用，所以选项C正确； D. 为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热，目的是为了防止由于温度过高而损坏用电器，选项D正确． 【例题7】电流具有热效应，学习了电流的热效应后，关于电热的下列几个说法错误的是（ ） A．电热会烧毁电器元件，引发火灾，有百害而无一利 B．电流通过任何用电器都或多或少地会产生热量 C．因为电流过大产生电热而烧坏局部电路，可用于整体电路的保护 D．为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热 课堂小练 课堂小结 课堂小结 【答案】大 热 【解析】[1]导体的电阻与导体的材料、长度和横截面积等因素有关，其他条件相同时，导体的长度越长、横截面积越小导体的电阻越大，由图可知，其他条件相同时，C处的横截面积小，故C处的电阻大。 [2] A、B两端分别与电池正负极接触，观察到C处起火，说明电流通过导体产生了热量，即电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 1.（2025·福建）将包装口香糖的锡箔纸剪成如图形状，其他条件相同时，C处的横截面积小，电阻 。A、B两端分别与电池正负极接触，观察到C处起火，该现象利用了电流的 效应。 课内知识通关 2.（2025·黑龙江伊春市） 如图是探究电流通过导体时产生的热量跟电阻大小的关系的实验装置，实验中通过观察 ______________ 来比较电阻产生的热量。若通过电阻的电流是0.2A，则阻值为5Ω的电阻在1min内产生的热量为 _______ J。 课内知识通关 【答案】B 【详解】由题图可知，右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联，根据并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知，I1>I2；由Q=I²Rt可知，通电时间相同时，I1>I2，R1=R2，所以左侧电阻产生的热量较多，密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，左侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，A测玻璃管液面较高。故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 3.如图是探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，通电前，A、B两个U形管的液面相平，通电一段时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则（　　） A． I1=I2，A管中的液面较低 B． I1>I2，A管中的液面较高 C． I1=I2，A管中的液面较高 D． I1<I2，A管中的液面较低 课内知识通关 【答案】见解析 【详解】（1）电烙铁的额定功率 P=UI= U2/R=（220V）2/1 210 Ω = 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 4. 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? 课内知识通关 【答案】见解析 【详解】水的质量m=ρV=1×103kg/m3 ×1.0×10−3m3=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? 课内知识通关 【答案】B 【详解】A．电视机后盖有很多散热孔，是为了把各电器元件产生的热量及时散失掉，不是利用电流的热效应，故A不符合题意； B．电水壶是利用了电流的热效应来给水加热的，故B符合题意； C．服务器建立在阴凉通风处，是为了加快空气的流动，降低服务器的温度，不是利用电流的热效应，故C不符合题意； D．手机的散热装置，是为了降低手机的温度，不是利用电流的热效应，故D不符合题意。 故选B。 6．下列实例中利用电流热效应的是（    ） A．电视机后盖有很多散热孔 B．电水壶加热饮用水 C．服务器建立在阴凉通风处 D．手机的散热装置 课内知识通关 7.（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）物理实验小组的同学们自制了一个灯泡，经历了灯泡发明过程以后，他们将自制灯泡改装用来探究“电流热效应的影响因素”。 (1)当电流通过自制灯泡时，我们可以看到的现象 是： ，这个过程中的能量转化 ； (2)同学们将阻值关系为 的3段电阻丝连接如图乙 所示。可以通过比较 来比较电流产生热量的多少，结合整个实验过程，需要用到的测量工具是 ； (3)他闭合开关S1，开关S2接A，3min后，观察到R1瓶中红色液柱上升高度比 瓶中红色液柱上升高度低，可以得到的结论是： ； (4)为了完成电流产生热量多少与电流大小关系，请你写出接下来的操作步骤： 。 课内知识通关 【答案】(1) 见解析 电能转化为内能和光能 (2) 玻璃管红色液柱上升的高度 停表 (3)见解析 (4)见解析 【详解】（1）[1]当电流通过自制灯泡时，由于电流的热效应，我们可以看到的现象是：金属丝快速发热并变红，但很快烧掉了。 [2]自制灯泡是用电器，消耗电能来发热和发光，这个过程中电能转化为内能和光能。 （2）[1]同学们将阻值关系为R1＜R2＜R3的3段电阻丝连接如图乙所示。电阻丝加热瓶内的物质，根据热胀冷缩可知，玻璃管红色液柱会上升，电阻丝产生的热量越多，玻璃管红色液柱上升的越高，因此可以通过比较玻璃管红色液柱上升的高度来比较电流产生热量的多少。 [2]由于电热丝产生的热量与加热时间有关系，结合整个实验过程，需要用到的测量工具是停表。 （3）他闭合开关S1，开关S2接A，R1与R2串联，电流相等，通电时间也相等，3min后，观察到R1瓶中红色液柱上升高度比R2瓶中红色液柱上升高度低，说明电阻丝R1产生的热量比电阻丝R2产生的热量少，可以得到的结论是：在相等时间内，电流相同时，电阻大的导体比电阻小的导体产生的热量多。 （4）为了完成电流产生热量多少与电流大小关系，控制电阻丝电阻和加热时间相同，只改变电流的大小，由于R1＜R2＜R3，接下来应将R1与R3串联，串联电路的总电阻等于各电阻之和，电路中的总电阻与R1与R2串联时不同，电源电压不变，由可知，通过的电流不同，比较R1瓶中产生的热量，接下来的操作步骤：断开开关S1，待玻璃管内红色液柱恢复到初始位置，开关S2接B，闭合开关S1，记录3min后，观察R1瓶中红色液柱上升的高度。 课内知识通关 作业布置 1.基础性作业：完成课本P17中的1-5小题。 2.拓展性作业：利用课后完成6、7小题。 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.20.100 Lavf58.46.101 Lavf58.20.100 Lavf57.77.100 $