2.3 电路中的电能 第3课时 （培优教学课件）科学新教材浙教版九年级上册

该初中科学课件聚焦电流热效应及焦耳定律，通过电驱蚊器、电取暖器等生活实例导入，衔接电路知识，以问题链引导探究热量与电流、电阻、时间的关系，构建从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以探究实践为核心，实验设计采用控制变量法和转换法（如煤油柱高度反映热量），结合科学思维区分电热与电功，融入焦耳科学历程培养态度责任。学生提升实验与应用能力，教师获得结构化教学资源。

九年级上册•浙教版 第3节 电路中的电能 第二章 能的转化与能量守恒 第3课时 1 导入新课 夏天，我们使用电驱蚊器。冬天，我们使用电取暖器。这些用电器工作时都会发热，你知道它们的工作原理吗？电流通过导体时为什么会发热？产生的热量跟哪些因素有关？让我们带着这些问题进入本课的学习。 学习目标 科学观念 理解电流的热效应，知道焦耳定律的内容，掌握焦耳定律公式Q=I²Rt。 科学思维 通过探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关，体会控制变量法和转换法。 探究实践 1.能设计并完成“研究电热跟哪些因素有关”的实验，记录并分析实验现象。 2.能运用Q=I²Rt计算电流通过导体产生的热量，解释生活中的现象。 态度责任 1.了解焦耳研究热功当量的科学历程，学习科学家严谨求实的精神。 2.关注电热的应用与危害，树立安全用电、节约能源的意识。 重点难点 重点 1.电流的热效应及焦耳定律的内容和公式Q=I²Rt。 2.探究电热跟哪些因素有关的实验设计及控制变量法的应用。 难点 理解“热量与电流的二次方成正比”，区分电热和电功。 1. 常见的电热器 2. 焦耳定律 3. 课堂总结 4. 练习与应用 学习内容 一、 常见的电热器 第3节 电路中的电能 6 一、 常见的电热器 写出下列用电器的能量转化 电能内能 电能内能 电能内能 电能内能 一、 常见的电热器 定义：电流通过各种导体时，会将电能转化为内能，使导体的温度升高，这种现象叫作电流的热效应。 实质：电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。 应用：各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电热毯、电热水壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。 电流热效应 8 电热水壶等电热器是通过导线接到电路上的。为什么电热水壶发热将水烧开，而连接它的导线却不怎么发热？电流通过导体产生热的多少跟哪些因素有关？ 一、 常见的电热器 一、 常见的电热器 探索活动：研究电热跟哪些因素有关 ［提出问题］电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢？ ［猜想与假设］ 可能与导体的电阻有关，也可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。 ［设计实验］ 控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。 控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。 控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。 控制变量法 10 一、 常见的电热器 探索活动：研究电热跟哪些因素有关 一、 常见的电热器 探索活动：研究电热跟哪些因素有关 ［进行实验］ ①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。 ②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接入电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。 ③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。 ④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。 转换法 一、 常见的电热器 探索活动：研究电热跟哪些因素有关 一、 常见的电热器 探索活动：研究电热跟哪些因素有关 ［结论］ ①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热越多。 ②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热越多。 ③当电流、电阻相等时，通电时间越长，电流产生的热越多。 14 一、 常见的电热器 焦耳定律的内容：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。 焦耳定律 公式：Q=I2Rt 焦耳定律公式推导 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，则电流产生的热量Q就等于导体消耗的电能W，即：Q=W=UIt =I2Rt 。 15 一、 常见的电热器 焦耳定律 ①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体的电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。 ②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。 ③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。 ④电热和电功的单位是相同的，都是焦J。 一、 常见的电热器 项目 电热 电功 区别 电流通过导体产生的热量，电能转化为内能 电流所做的功，可以转化成其他形式的能，如内能、机械能、化学能 联系 电热和电功的区别 电吹风和电熨斗通电时都会发热，哪种用电器可以认为是将电能全部转化成了内能？ 一、 常见的电热器 思考与讨论 电吹风工作时将电能一部分转化成机械能，另一部分转化成内能。 电熨斗可以认为是将电能全部转化成了内能。 18 一、 常见的电热器 纯电阻电路 电功全部转化成电热 Q=W I2Rt=UIt=t​ 非纯电阻电路 电功转化成电热和机械能 W电=Q+ W机械 UIt= I2Rt+Pt 19 一、 常见的电热器 例题 图是电饭锅的电路图。电饭锅工作时有两种状态：当自动开关 S 接通时，电饭锅处于加热状态，将锅内的水加热直到沸腾；当自动开关 S 断开时，电饭锅处于保温状态。图中R2是加热用的阻值为55的电热丝；R1是阻值为145的电阻。 （1）在加热状态下，电饭锅正常工作30min产生多少热量？ （2）在保温状态下，电饭锅消耗的功率为多大？ 20 一、 常见的电热器 在加热状态下，开关 S 接通，电路中只接入电热丝 R2，因此通过 R2 的电流： I = = = 4A 根据焦耳定律，R2 上产生的热量： Q = I²R2t = (4A)² × 55Ω × 30 × 60s = 1.584 × 10⁶J 答：(1) 电饭锅正常工作 30min 产生的热量为 1.584 × 10⁶J。 21 一、 常见的电热器 (2) 在保温状态下，开关 S 断开，电阻 R1 与电热丝 R2 串联，假设此时电路中的电流为 I'，根据串联电路的电压特点： U = U1 + U2 = I'R1 + I'R2， I' = = = 1.1A 电饭锅消耗的功率： P' = UI' = 220V × 1.1A = 242W 答： (2) 在保温状态下，电饭锅消耗的功率为 242W。 家庭电路电压U=220V不变。 由公式P=U²/R知，在电压一定时，总电阻R越大，总功率P越小，为低温挡；总电阻R越小，总功率P越大，为高温挡。 22 一、 常见的电热器 焦 耳 焦耳（James P. Joule，1818～1889）是英国著名的实验物理学家。他从小就对实验着迷，在家里做起了各种实验。1840 年，焦耳通过对电流的热效应的研究，得出了著名的焦耳定律。 焦耳特别热衷于热功当量的实验测量。他先测量一桶水的温度，然后把铜制的翼轮放入水中，用下落的砝码带动翼轮转动来搅动水，水的温度升高。焦耳测量了翼轮所做的功和升高的水温，从而计算出做了多少功，产生多少热，这就是 “热功当量”。 23 一、 常见的电热器 焦 耳 焦耳从 1843 年开始测量热功当量，直到 1878 年最后一次发表实验结果，先后做了四百余次实验，并且采用了原理不同的各种方法，测量了他能想到的各种过程所产生的热 —— 包括机械的、电的、磁的，获得了大量的实验数据。他以极其精确的数据，为热和功的相当性提供了可靠的证据。人们为了表达对他的敬意，将功和能量的单位叫作焦耳。 24 【例1】如图所示，将三个相同的空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，用三段阻值不同的电阻丝（R1＜R2＜R3）分别给三个烧瓶中的空气加热，通电一段时间后体积变化最大的气球是（　　） A．A B．b C．C D．三个相同 C 一、 常见的电热器 25 【答案】C 【解答】解：由图示电路可知，三电阻丝串联接入电路，则通过三个电阻的电流I与通电时间t都相等， 由题意可知：R1＜R2＜R3，由焦耳定律：Q＝I2Rt可知：Q1＜Q2＜Q3， c瓶中的电阻丝阻值最大，放出的热量最多，瓶中气体温度最高，气球的体积变化最大； 故选：C。 一、 常见的电热器 26 二、课堂总结 第3节 电路中的电能 27 二、课堂总结 三、练习与应用 第3节 电路中的电能 1.如图是探究电流通过导体时产生热的多少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，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（　　） A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系 B．甲实验通电一段时间后，左边容器内空气吸收的热量更多 C．乙实验要保持两个电阻丝两端电压相等 D．乙实验中通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同 B 三、练习与应用 30 【答案】B 【解答】解：AB．装置甲中一个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左端的电阻电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，由Q＝I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，因此通电一段时间后，玻璃管左侧液面高度差更大，故A错误，B正确； CD．在乙装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，由U＝IR可知，两个电阻丝两端电压不相等，该实验是探究电流产生的热量与电阻大小的关系；故由Q＝I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下电阻越大电流通过导体时产生的热量越多，故CD错误。 故选B。 三、练习与应用 31 2.电炉丝通电后热得发红，而与电炉丝连接的铜导线却不怎么热，这主要是因为（　　） A．通过电炉丝的电流比通过铜导线的电流大 B．铜导线有绝缘层，所以不怎么热 C．铜导线的电阻较小，因此产生的热量较少 D．铜导线的电阻较大，因此产生的热量较少 C 三、练习与应用 32 【答案】C 【解答】解：电炉在使用时，电炉丝和导线串联，根据串联电路的特点知，电流相等，通电时间t相同，根据焦耳定律Q=I2Rt,R电炉丝＞R导线，所以电流产生的热量：Q电炉丝＞Q导线，从而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象；铜导线有绝缘层包裹着，减少热量散失，不会导致温度较低，故C正确．ABD错误。 故选：C。 四、练习与应用 33 3.如图所示，图甲是某款即热式电热水龙头，图乙是它的电路原理图，R1和R2是电热丝，通过旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点，实现冷水、温水、热水挡的切换。若R2=2R1，水龙头在温水挡正常工作时电功率为1100W，电源电压恒为220V，则以下说法正确的是（　　） A．电热丝电阻R1=44Ω B．水龙头在热水挡正常工作时的功率是3300W C．开关S接触3、4触点时，电热丝R1、R2串联 D．开关S接触2、3触点时，水龙头放出的是热水 B 四、练习与应用 34 【答案】B 【解答】解：ACD、由图乙可知，当扇形开关 S 接 1、2 时，电路断开，水龙头处于冷水挡； 当扇形开关 S 接 3、4 时，R1、R2 并联，根据并联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最小，由 P=U²/R 可知，电路的总功率最大，水龙头处于热水挡； 当扇形开关 S 接 2、3 时，只有 R2 工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，水龙头处于温水挡， 由 P=U²/R 可知， R2 的阻值： R2 =U²/P 温 =(220V)²/1100W=44Ω， 根据题意可知，R2=2R1，则 R1 的阻值：R1=1/2R2=1/2×44Ω=22Ω，故 ACD 错误； B、水龙头在热水挡正常工作时的功率：P 热 = U²/R1+U²/R2=(220V)²/22Ω+(220V)²/44Ω=3300W，故 B 正确。 四、练习与应用 35 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $