6.3 焦耳定律（教学课件）物理新教材教科版九年级上册

该初中物理课件聚焦焦耳定律，以炼钢厂电炉实例引入电流热效应，通过灯丝与电线发热差异的问题引发猜想，结合控制变量法和转换法实验探究电热影响因素，推导公式Q=I²Rt，构建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，实验中用U形管液面高度差反映热量（转换法）培养科学思维，典例结合电熨斗（利用）、手机散热（防止）深化物理观念，帮助学生理解抽象规律，教师可高效开展探究式教学。

物理九年级上册 •教科版 第六章 电功率 第3节 焦耳定律 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道电流热效应，理解焦耳定律，认识电能向内能的转化，会解释生活电热现象。 02 科学思维 利用控制变量、转换法分析实验，推导电热规律，进行电热相关计算，辩证看待电热利弊。 03 科学探究 完整参与探究电热影响因素实验，观察现象、分析证据，归纳实验结论。 04 科学态度与责任 学习焦耳严谨求实的科研精神，建立安全用电意识，认识电热技术的社会价值。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 理解电流的热效应。 2. 掌握焦耳定律内容、公式Q=I2Rt。 3. 解释生活电热现象。 1. 探究电热影响因素的实验设计。2. 区分电功与电热，处理综合计算。 课堂引入 钢花飞溅，铁水奔流。炼钢厂的电炉中，电产生巨大的热，将电炉中的铁水加热到上千摄氏度。在生产、生活实践中，用电产生热是我们利用电能的重要方式之一。 知识点1 电流的热效应 知识点1：电流的热效应 电流的热效应：电流通过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发光，这种电能转化为内能的现象叫作电流的热效应。 热水器 电熨斗 电饭煲 取暖器 用电产生热是我们利用电能的重要方式之一。 电能 内能 转化 知识点1：电流的热效应 灯泡工作时，通过灯泡的电流和通过连接灯泡的电线的电流大小是相等的，为什么金属丝被烧得通红而电线却不热？ 烧的通红 不热 我发现亮度不同的灯泡，灯丝的粗细不同。 长度相同、粗细不同的灯丝，电阻不同。 看来灯泡产生的热量跟灯丝的电阻有关。 知识点1：电流的热效应 提出问题：电流产生的热量与哪些因素有关？ 可能跟导体的电流、电阻、通电时间有关。 猜想与假设： 设计实验： 选取阻值不一样的电阻丝，如 5 Ω 和 10 Ω 的电阻丝，装入实验装置中，两个透明容器中密封等量空气，U 形管中液面高度差的变化反映容器中空气温度的变化。 知识点1：电流的热效应 密封的空气 电阻丝 控制变量法： 每次只改变其中的一个因素，而控制其余几个因素不变。 转换法： 气体吸热膨胀，U型管两侧液面高度差反映温度变化。 知识点1：电流的热效应 电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系 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 _______； 5Ω 10Ω 多 知识点1：电流的热效应 电流通过导体产生的热量与电流大小的关系 实验表明：在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导体比电流较小的导体产生的热量 ______。 5Ω 5Ω 5Ω 多 知识点1：电流的热效应 两个定值电阻 R1、R2 串联起来，接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后，电阻消耗的电能全部转化为内能，对这两个电阻产生的热量，应用 W=UIt 和欧姆定律进行分析，我们能得出什么推论？与上面实验探究的结论一致吗？ 该电路为纯电阻电路，电路中所消耗的电能全部都转化为内能时， Q=W 因为W=UIt，所以Q=UIt，由得U=IR，所以Q=I2Rt。 【典例】1.如图所示是“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器内密封着等量的空气，下列有关说法正确的是（    ） A．该实验装置是利用U形管中液体热胀冷缩的性质来反映电流产生热量的多少 B．甲装置中闭合开关后，通过R1的电流小于R2中的电流 C．乙图是用于探究电流通过导体时产生的热量与电阻大小关系的 D．乙装置中，将容器外的电阻R3与R2并联，可以使通过R2的电流小于R1中的电流 D 知识点1：电流的热效应 【详解】A．根据转换法，该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少，故A错误； B．甲装置中，两电阻串联，由串联电路电流的规律可知通过两个电阻丝的电流相等，故B错误； CD．乙图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大小大于通过右侧容器中电阻的电流，即通过R2的电流小于R1中的电流，而通电时间相同，故乙实验可以研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误，D正确。 故选D。 知识点1：电流的热效应 【典例】2.如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。 (1)实验中通过观察两个U形管中___________的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少，这种探究问题的方法叫___________法； (2)甲装置可探究电流产生的热量与___________的关系，通电一段时间后，___________侧容器中U形管中液面的高度差大； (3)乙装置可探究电流产生的热量与___________的关系。 液面高度差 转化 电阻 右 电流 知识点1：电流的热效应 【答案】(1) 液面高度差 转换 (2) 电阻 右 (3)电流 【详解】（1）[1][2]电阻丝产生的热量无法直接观察到，电阻丝产生的热量越多，空气的温度越高，空气膨胀程度越大，U形管中液面的高度差越大，所以实验中可以通过比较U形管中液面高度的变化来反映电阻丝产生的热量的多少，这是采用了转换法的研究方法。 （2）[1][2]甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流I与通电时间t相同，电阻不同，探究电流产生的热量与电阻的关系；左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，由Q=I2Rt知道，在电流和通电时间相同时，右边容器中的电阻产生的热量多，空气温度升得较快，所以右侧容器中U形管中液面的高度差大。 （3）装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和通过左端的电阻电流相等，即I右=I左，所以通过右边容器内电阻的电流比通过左侧容器内电阻的电流小，即左右两容器中的电阻相等，通电时间相等，通过两容器内电阻的电流不等，根据控制变量法可知，乙装置是为了探究电流产生热量的多少与电流的关系。 知识点1：电流的热效应 知识点2 焦耳定律 知识点2：焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验，于 1840 年最先精确地确定了电流通过导体产生的热量（电热）与电流、电阻和通电时间的关系。 焦耳定律：电流通过导体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。 公式： Q=I2Rt Q 的单位：J I 的单位：A R 的单位：Ω t 的单位：s 知识点2：焦耳定律 纯电阻电路 非纯电阻电路 电能全部转化为内能 电能转化为其他形式的能和内能。 W=Q W＞Q（W=Q+W其他） 实例：白炽灯、电炉、电饭锅、电烙铁、卡住的电动机 实例：电风扇、转动的电动机、电视、电脑、电池充电 t= = 【典例】1.某热熔胶枪电热丝的电阻是1000Ω，工作时通过的电流是0.2A，该电热丝工作10s产生的热量为________J。 400 【答案】400 【详解】该电热丝工作10s产生的热量为Q=I2Rt=(0.2A)2×1000Ω×10s=400J 知识点2：焦耳定律 【典例】2.两个电阻R1和R2，且R1=2R2，将它们串联在电路中，相同时间内产生的热量之比Q1∶Q2为（     ） A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1 B 【答案】B 【详解】在串联电路中，通过各个用电器的电流是相等的，即I1=I2，同一电路通电时间相同，根据焦耳定律Q=I2Rt可得 ，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 知识点2：焦耳定律 【典例】3.在如图所示的电路中，电源电压不变，电阻R1的阻值为30Ω。闭合开关S，两电流表的示数分别为0.5A和0.2A，则通电10s，R2产生的热量为_______J，电路产生的总热量为_______J。 18 【答案】 18 30 【详解】【小题1】[1][2]由图可知两电阻并联，电流表A1测通过R1的电流，A2测干路电流；设电源电压为 U，由并联电路的电流电压规律可得，通过R1的电流为 I1=0.2 A，R1=30 Ω，则U =I1× R1 = 0.2A × 30 Ω = 6 V 通过电阻R2的电流I2=0.5A−0.2A=0.3A 由欧姆定律可得 ，则通电10s，电阻R2产生的热量Q=I22R2t=(0.3A)2×20Ω×10s=18J 电路产生的总热量Q总=W=UIt=6V×0.5A×10s=30J 30 知识点2：焦耳定律 知识点3 电热的利用与危害 知识点3：电热的利用与危害 电热的利用 在生活和生产中，许多地方要利用电热。根据电流的热效应，人们制造出电烤箱、电熨斗、电烙铁、白炽灯等电器；电流还用于熔化和焊接金属。 知识点3：电热的利用与危害 电热的危害 很多情况我们并不希望导体的温度过高，要设法减少电热。例如，在电路中由于导线有电阻，也会产生热量，这些热量容易使导线的绝缘外皮迅速老化，甚至可能烧坏。 输电线常采用铝线或铜线作为芯线，是为了减小电热造成的能量损耗 散热风扇 高压输电 【典例】1.下列应用属于电热防止的是（　　） B 【详解】ACD．鸡苗孵化器、电热毯、通电的电炉丝，都是利用电流的热效应来获得需要的热量，属于电热的利用，故ACD不符合题意； B．手机工作时产生的热量会损坏内部电子元件，安装石墨片是利用石墨良好的导热性散发热量，避免热量堆积，属于电热的防止，故B符合题意。 故选B。 知识点3：电热的利用与危害 课堂小结 课堂小结 课堂练习 课堂练习 探究新知 1.下列实例中，是利用电热的是（  ） A．电车行驶 B．电脑CPU附近的风扇 C．夏天潮湿的天气隔一段时间对电视通电 D．电视机后面的散热孔 C 【详解】A．电车行驶主要将电能转化为机械能，产生的电热是额外的无用能量，不属于利用电热，故A不符合题意； B．CPU工作产生的热量会损坏元件，风扇用于散热，属于防止电热危害，故B不符合题意； C．夏季空气潮湿，通电后利用产生的电热烘干电视机内的潮气，避免受潮损坏元件，属于利用电热，故C符合题意； D．电视机散热孔用于散出工作产生的多余热量，防止温度过高损坏电视，属于防止电热危害，故D不符合题意。 故选C。 课堂练习 探究新知 2. 如下图所示，是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列错误的是（    ） A．甲实验中两个电阻串联是为了保证流过两个电阻的电流相等 B．甲实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1∶2 C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系 D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中的液面的高度差比左侧的小 C 课堂练习 探究新知 【详解】A．在串联电路中，各处电流都相等，因此甲实验中两个电阻串联只是为了保证流过两个电阻的电流相等，故A正确，不符合题意； B．根据甲图可知，两个电阻串联，那么通过它们的电流和时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻产生的热量与电阻成正比，所以左右两侧容器内空气吸收的热量之比为Q左∶Q右=R左∶R右=5Ω∶10Ω=1∶2，故B正确，不符合题意； C．在乙实验中，左边的电阻在干路上，右边的电阻在支路上，因此通过两个电阻的电流大小不等，而阻值和通电时间相同，因此是为了研究电流产生热量与电流大小的关系，故C错误，符合题意； D．在乙图中，通过左侧容器中电阻的电流是右侧容器中电阻的2倍，根据Q=I2Rt可知，在通电一段时间后，左侧容器中的电阻产生热量更多，因此右侧U形管中的液面的高度差比左侧的小，故D正确，不符合题意。 故选C。 课堂练习 探究新知 3. 如图所示，电源电压不变，只闭合开关S1，电流表示数为0.3A。再闭合S2，电流表示数变化了0.2A。则同时闭合S1、S2后，相同时间内R1、R2产生的热量之比是（　　） A．2:3 B．3:2 C．3:5 D．5:3 B 【详解】只闭合S1时，电路为R1的简单电路，电流表测量通过R1的电流，因此I1=0.3A；同时闭合S1、S2后，R1与R2并联，电源电压不变，并联电路中各支路独立工作，因此通过R1的电流不变，电流表示数的变化量就是通过R2的电流，即I2=0.2A。相同时间内R1、R2产生的热量之比即为电流做功之比，为 ，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 课堂练习 探究新知 4. 一根阻值为30Ω的电阻丝，接在3V的电源电压下，则经过电阻丝的电流为__________A，通电100s电阻丝产生的热量为__________J，若再用一根同样的电阻丝与它串联后接在同样的电压下，则电路产生的总热量__________（选填“增大”“减少”或“不变”）。 0.1 【答案】 0.1 30 减少 【详解】[1]已知电阻 R=30Ω ，电压 U=3V ，则电流 [2]已知 I=0.1A 、 R=30Ω 、 t=100s 代入，可得Q=I2Rt=(0.1A)2×30Ω×100s=30J [3]当再用一根同样的电阻丝与它串联后，总电阻 R总=30Ω+30Ω=60Ω 根据焦耳定律 ，电压和通电时间不变，总电阻增大，所以电路产生的总热量减少。 30 减少 课堂练习 探究新知 5. 某导体电阻为20Ω，通过它的电流为2A。 (1)该导体通电1min产生的热量是多少？ (2)当导体两端的电压增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是多少？ 【答案】(1)4.8×103J (2)1.92×104J 【详解】（1）该导体通电1 min产生的热量Q=I2Rt=(2A)2×20Ω×1×60s=4.8×103J （2）导体两端的电压增大1倍，电阻不变，故通过导体的电流也要增大1倍，在相同的时间内产生的热量Q'=I'2Rt=(4A)2×20Ω×1×60s=1.92×104J 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.7.100 100111021000101210101002100010021010010210000012100011121001111210011102 100111021000101210101002100010021010010210000012100011121001111210011102 Lavf58.50.100 $