13.3电流的热效应 课件-2025-2026学年物理北师大版九年级全一册

电流的热效应 第3节 第13章 电功和电功率 （北师版）九年级 上 大单元知识框架 学习目标 1.物理观念：形成“电流热效应的定量规律（焦耳定律）”的物理概念，理解电能与内能转化的定量关系。 2.科学思维：通过实验数据推导与公式分析，培养逻辑推理和数学建模能力。 3.科学探究：能设计实验验证焦耳定律的定量关系，提升实验操作与数据分析能力。 4.科学态度与责任：结合电热应用与危害，树立安全用电、节能降耗的意识，关注科技对生活的影响。 知识回顾 钢丝球 钢丝缠绕在火柴头上并接入电路 用一根从钢丝球上取下的钢丝就能点燃火柴，这是为什么呢？ 利用电流热效应，电流通过钢丝（细钢丝电阻较大）时将电能转化为内能，使钢丝温度升高到火柴头的着火点，从而点燃火柴。 任务一：焦耳定律 1841年，焦耳通过自制的电流计、温度计、各种金属导线、缠绕着金属导线的玻璃棒、盛水的玻璃器皿和计时装置，完成了类似探究实验。 经过多次反复验证后，焦耳确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的定量关系。这就是著名的焦耳定律。 焦耳 焦耳定律 大量实验表明，电流通过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，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。 如果用Q表示热量，则焦耳定律用公式表示为 Q=I2Rt 热量（Q）的单位：焦耳（J）; 电流（I）的单位：安培（A）； 电阻（R）的单位：欧姆（Ω）； 时间（t）的单位：秒（s）。 适用于任何用电器的热量计算 新知探究 观看视频：实验甲：通电导体产生的热量与通电时间的关系 新知探究 实验验证 7 观察到怎样的实验现象？说明了什么？ 在电流大小和通电时间相同的条件下，阻值越大，液体的温度升高得越多，表明电流产生的热量越多。 新知探究 观看视频：探究乙：通电导体产生的热量与电阻大小的关系 新知探究 9 观察到怎样的实验现象？说明了什么？ 在电热丝阻值和通电时间相同的条件下，通过电热丝的电流越大，液体的温度升高得越多，表明电流产生的热量越多。 新知探究 新知探究 依据U=IR Q=UIt 依据I=U/R 适用于纯电阻电路 纯电阻电路：电能全部转化为内能的电路（Q=W），且I=U/R，如电暖器，电饭锅，电炉子等。 推导公式 纯电阻电路 非纯电阻电路 能量转化 电流表达式 原因 消耗电能 电流生热 电能与电热 实例 电能→内能 电能→其他形式能+内能 I= I≠ 只有电阻阻碍电流 还有其他阻碍因素（高中） W=UIt=I2Rt= W=UIt Q=I2Rt=UIt= Q=I2Rt W=Q W＞Q 电熨斗、白炽灯、电饭煲、电炉、实验室电阻等 电风扇、转动的电机、电视、电脑、电池充电等 新知探究 电能与电热的关系 12 例：如图所示的电路，电源电压不变，电阻R1的阻值为10Ω，当开关S闭合时，电压表的示数为3V，电流表的示数为0.2A。求：通电5min，电阻R1产生的热量。 解：通电5min，电阻R1产生的热量： 新知探究 13 电流通过用电器产生热量，哪些是有利的，哪些是有害的？ 电视机 电饭锅 电熨斗 电热水壶 电脑 任务二：电流热效应的利用和危害防范 电热的优点：清洁环保，能量转换效率高，可以方便地控制和调节温度。 1.电流热效应的利用 电流的热效应在生产生活中有着广泛的应用。例如，电热蚊香器、电熨斗等为常见的家用电热器，它们都是利用电流的热效应工作的。孵化器、电烤箱、烘干机等也利用了电流的热效应。 新知探究 插线板短路着火 电熨斗过热着火 总闸过载着火 2.电流热效应的危害防范 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。 新知探究 用电器的散热装置 常见的用电器在工作过程中都不可避免地会发热，既会浪费能源，又可能导致用电器因温度过高而被烧毁。因此很多用电器采用设置散热孔、散热片或在发热部位安装散热风扇等方法散热。 新知探究 除了上述电流热效应的应用以及防止电流热效应产生危害的实例，你还能举出哪些相关实例？与同学交流对电流热效应的看法。 用电热水壶烧水和用燃气灶烧水相比，从能量利用、环保以及经济的角度考虑，哪种方法更好？ 请你查阅相关资料，与同学交流讨论后对你的判断给出合理解释。 交流讨论 新知探究 新知探究 正方：用电热水壶烧水更好 反方：用燃气灶烧水更好 能量利用角度：电热水壶能量转化效率更高，能量损耗更少。电热水壶的加热元件直接与水接触（或紧贴壶底），电能可直接转化为热能传递给水，热效率可达 85%~95%；而燃气灶的热能需经历 “燃气燃烧→火焰加热壶底→热量传递给水” 的过程，火焰热量会大量向空气、灶台散失，热效率仅为 40%~60%。 能量利用角度：燃气灶能量来源的 “全链条损耗” 更低，能源利用更直接。电能的生产、传输存在大量损耗 —— 火力发电的能源转化效率仅 30%~40%，加上输电过程中的线损，最终到用户端的电能，其原始能源损耗远超燃气输送而燃气通过管道直接输送到用户家中，燃烧前的损耗仅为管道输送的少量泄漏（约 1%~2%），从 “能源开采到终端使用” 的全链条来看，燃气灶的能量利用率更高。 查阅资料说说您有什么观点呢？ 正方：用电热水壶烧水更好 1. 能量利用角度 核心论点：电热水壶能量转化效率更高，能量损耗更少。 理由：电热水壶的加热元件直接与水接触（或紧贴壶底），电能可直接转化为热能传递给水，热效率可达 85%~95%；而燃气灶的热能需经历 “燃气燃烧→火焰加热壶底→热量传递给水” 的过程，火焰热量会大量向空气、灶台散失，热效率仅为 40%~60%。 补充：若电能来自水电、风电等清洁能源，能量利用的全链条损耗还能进一步降低。 2. 环保角度 核心论点：电热水壶清洁无污染，且能适配清洁能源电力系统。 理由：电热水壶使用过程中无明火、无废气排放，不会产生一氧化碳、氮氧化物等污染物，也不会造成厨房局部空气污染；随着电网中清洁能源发电占比提升，用电的碳排放会持续下降。而燃气灶燃烧天然气、液化气时，即便充分燃烧也会产生二氧化碳，不充分燃烧还会释放有毒气体，同时伴随噪音和热量污染。 3. 经济角度 核心论点：长期使用电热水壶的综合成本更低。 理由：电费单价通常低于燃气单价（以多数城市居民用电 0.5~0.6 元 / 度、居民用气 2.5~3.5 元 / 立方米为例），且电热水壶热效率高，烧开等量水消耗的电能对应的费用更少；此外，电热水壶结构简单，故障率低，几乎无需维护成本，而燃气灶存在管道老化、炉头堵塞等维护需求，长期使用会产生额外费用。 反方：用燃气灶烧水更好 1. 能量利用角度 核心论点：燃气灶能量来源的 “全链条损耗” 更低，能源利用更直接。 理由：电能的生产、传输存在大量损耗 —— 火力发电的能源转化效率仅 30%~40%，加上输电过程中的线损，最终到用户端的电能，其原始能源损耗远超燃气输送；而燃气通过管道直接输送到用户家中，燃烧前的损耗仅为管道输送的少量泄漏（约 1%~2%），从 “能源开采到终端使用” 的全链条来看，燃气灶的能量利用率更高。 2. 环保角度 核心论点：燃气作为化石能源，其清洁度优于火力发电，且用电依赖火电时污染更严重。 理由：我国仍有大量火电依赖煤炭燃烧，煤炭发电会产生二氧化硫、粉尘、废渣等污染物，且火电的碳排放强度高于天然气燃烧；而天然气是相对清洁的化石能源，燃烧产物以二氧化碳和水为主，污染物排放远低于煤炭火电。此外，电热水壶依赖电网，若遇停电则无法使用，而燃气供应受停电影响较小，使用更稳定，减少因设备闲置导致的资源浪费。 3. 经济角度 核心论点：短期使用或燃气低价地区，燃气灶更经济。 理由：部分城市的商业用气或工业用气价格较低，且燃气灶无需等待加热元件预热，点火即可烧水，适合少量、多次烧水的场景，避免电热水壶 “预热耗电极少但频繁使用累积成本” 的问题；此外，电热水壶需要购买设备（价格几十到几百元），而多数家庭已预装燃气灶，无需额外投入设备成本，对短期使用或租房人群更划算。 拓展阅读：焦耳与焦耳定律 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889）是英国物理学家，青年时期曾跟随英国化学家道尔顿（John Dalton，1766一1844）学习，逐渐对化学和物理产生兴趣，并开始了科学研究。 焦耳认为其实验工作的目的是想检验电阻是不是产生热效应的唯一原因。可以说，焦耳定律是在验证已知结论过程中得到的珍宝。 请你结合焦耳发现焦耳定律的过程，查阅相关资料，谈一谈自己对科学研究的认识。 英国物理学家 焦耳 新知探究 20 课堂小结 电流热的效应 （第二课时） 焦耳定律 文字：热量与电流2、电阻、通电时间成正比 电流热效应的应用 电热利用：电热器（电饭煲、电熨斗、电暖器），核心是发热体（高阻、高熔点） 公式：Q=I2Rt 单位：Q-J、I-A、R-Ω、t-s 电热防止：散热措施（风扇、散热孔、散热片），避免超负荷用电 练习与应用 1.关于焦耳定律，下列说法正确的是（ ） 电流通过导体产生的热量跟电流成正比 B. 公式Q=I2Rt中，热量 Q 的单位是瓦特（W） C. 10Ω 的电阻通过 2A 的电流，通电 5s 产生的热量为 200J D. 电阻越大，产生的热量一定越多 C 练习与应用 2.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，两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法正确的是（ ） A.甲图通电一段时间后，左侧心形管中液面的高度差比右侧的大 B.乙图实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系 C.乙图中左右两容器中电阻丝产生的热量之比是1：4 D.将乙图右侧密闭容器中的52电阻换成102，即可探究电流产生的热量与电阻的关系 B 练习与应用 3.下列实例中，属于防止电热危害的是（ ） 用电饭煲煮饭 B. 用电暖器取暖 C. 电脑主机安装散热风扇 D. 用电烙铁焊接元件 C 24 Lavf60.4.100 Lavf60.4.100 $nullnull