18.4 焦耳定律（课件，教材配套版）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦焦耳定律，从“电炉丝热而导线不热”的生活现象切入，通过电流热效应概念，结合控制变量法实验探究电热与电阻、电流的关系，搭建从现象到规律的知识支架。 其亮点在于以科学探究为主线，用密封容器U形管实验直观呈现电热影响因素，培养科学思维与实验能力。融入安全用电、电热利用等实例，渗透能量观念与社会责任，助力学生理解规律并解决实际问题，也为教师提供清晰教学流程与丰富素材。

第十八章 电功率 · 同步教学 18.4 焦耳定律 从电流的热效应到焦耳定律 图18.4-1 通电的电炉丝 问题 为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 18.4 焦耳定律 01 今天学习第十八章电功率中的第4节焦耳定律。先观察电炉丝和导线的差异，带着“为什么电炉丝热而导线不热”的问题进入本节。 要点：①课题与问题情境 ②电炉丝和导线的现象 ③学习主线 时长：1 分钟 四维教学目标 核心素养导向 物理观念 知道电流的热效应，理解焦耳定律； 能用能量转化观点说明电热现象， 并解释电热的利用和防止。 科学思维 根据实验现象归纳电热与电流、 电阻、时间的关系；能依据电路 特点选择焦耳定律进行推理。 科学探究 观察U形管液面高度变化，识别 控制变量和转换方法；依据实验 证据表达结论并进行交流。 科学态度与责任 关注电热带来的安全隐患，认识 有效散热的重要性；形成安全、 节约用电的责任意识。 18.4 焦耳定律 02 [过渡]本节不仅要会用公式，还要经历实验、推理和应用。四维目标分别落实到可观察的课堂表现：解释现象、归纳关系、处理证据、关注安全与责任。 要点：①物理观念 ②科学思维 ③科学探究 ④科学态度与责任 时长：2 分钟 电流的热效应 问题 为什么电炉丝热得发红， 而导线却几乎不发热？ 生活中，许多用电器接通电源后， 都伴有热现象产生。 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。 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？ 18.4 焦耳定律 03 [过渡]生活中许多用电器接通电源后都伴有热现象。电流通过导体时电能转化成内能，这就是电流的热效应；由电炉丝和导线的差异提出影响电热多少的问题。 要点：①热效应定义 ②电炉丝温度更高 ③提出探究问题 时长：2 分钟 演示：电热与电阻的关系 图18.4-2 电热与电阻的关系 1 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。 2 两个密闭容器中都有一段电阻丝， 右边容器中电阻丝的电阻比较大。 3 两个容器中的电阻丝串联，电流相同。 通电一定时间后，比较两个U形管中 液面高度的变化。 你看到的现象说明了什么？ 18.4 焦耳定律 04 [过渡]先研究电阻的影响。两个透明容器密封等量空气，用U形管液面变化反映温度变化；电阻丝串联，保证电流相同，再比较液面高度。 要点：①转换法 ②串联控制电流 ③通电一定时间后观察 时长：2 分钟 实验结论：电热与电阻 图18.4-2 电热与电阻的关系 控制条件 电流相同、通电时间相同 实验表明 一段电阻丝的电阻越大， 这段电阻丝产生的热量越多。 电流、时间相同：电阻越大，电热越多 18.4 焦耳定律 05 [过渡]实验结论必须带着控制条件来表述。在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。 要点：①控制变量 ②实验结论 ③证据支持规律 时长：1.5 分钟 演示：电热与电流的关系 图18.4-3 电热与电流的关系 1 两个密闭容器中电阻丝的 电阻一样大。 2 在其中一个容器外部，将另一段 电阻丝与容器内的电阻丝并联， 通过两个容器中电阻丝的电流不同。 3 闭合开关，在通电时间相同的 情况下，观察两个U形管中液面 高度的变化。 你看到的现象说明了什么？ 18.4 焦耳定律 06 [过渡]接着研究电流的影响。两段电阻丝电阻相同，通过外接电阻并联使容器内电阻丝电流不同，在通电时间相同的条件下观察液面变化。 要点：①电阻相同 ②并联造成电流不同 ③观察液面变化 时长：2 分钟 实验结论：电热与电流 控制条件 电阻相同、通电时间相同 实验表明 通过一段电阻丝的电流越大， 这段电阻丝产生的热量越多。 电阻、时间相同：电流越大，电热越多 18.4 焦耳定律 07 [过渡]第二个实验表明，在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻丝的电流越大，产生的热量越多。 要点：①控制条件 ②电流大小规律 ③实验归纳 时长：1.5 分钟 焦耳定律 焦耳 J. P. Joule，1818—1889 英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先确定： 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）。 Q表示热量I表示电流R表示电阻 t表示通电时间 18.4 焦耳定律 08 [过渡]焦耳在1840年最先确定了电流、电阻和时间与热量的关系。焦耳定律指出，热量跟电流的二次方、电阻和通电时间成正比，并用Q=I²Rt表示。 要点：①焦耳与1840年 ②三因素关系 ③公式中物理量含义 时长：2.5 分钟 电热与电功 条件 电流通过导体时，电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量。 电流产生的热量 Q 就等于消耗的电能 W。 电热等于电功 根据欧姆定律 代入得到 推导结论与焦耳定律一致 在消耗的电能全部用来产生热量的情况下成立。 18.4 焦耳定律 09 [过渡]在电能全部转化为内能时，热量等于电功。先写Q=W=UIt，再用欧姆定律U=IR，得到Q=I²Rt，说明推导结论与焦耳定律一致。 要点：①适用条件 ②公式推导 ③与焦耳定律的一致性 时长：2.5 分钟 为什么电炉丝热，而导线不热？ 比较项目 导线 电炉丝 电流 全部通过，电流相等 全部通过，电流相等 电阻 常见1 m长的导线， 电阻不过百分之几欧姆 电阻为几十欧姆 尽管通过的电流相等，电炉丝的电阻远大于导线， 所以电炉丝很热，而导线却不热。 18.4 焦耳定律 10 [过渡]回到开头的问题。导线和电炉丝中的电流相等，但常见1 m导线电阻不过百分之几欧姆，电炉丝电阻为几十欧姆，所以根据焦耳定律电炉丝产生的热量更多。 要点：①电流相同 ②电阻数量级差异 ③解释生活现象 时长：2 分钟 电能没有全部转化为内能 电动机消耗的电能 没有全部用于产生热量 大部分转化为机械能 例如：电动机转动 一部分转化为内能 电流产生热量 消耗的电能大于电流所产生的热量。 18.4 焦耳定律 11 [过渡]焦耳定律与电功相等有前提。电动机消耗的电能大部分转化为机械能，只有一部分转化为内能，因此消耗的电能大于电流产生的热量。 要点：①能量转化 ②电动机实例 ③区分电能与电热 时长：1.5 分钟 例题 四个电阻器的电阻分别为R₁、R₂、R₃、R₄。如图18.4-5甲所示，电阻为R₁、R₂的 电阻器串联后接在电压为U的电路中；如图18.4-5乙所示，电阻为R₃、R₄的电阻器 并联后也接在电压为U的电路中。已知R₁＝R₃，R₂＝R₄，R₁＞R₂。 （1）电阻为R₁和R₂的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ （2）电阻为R₃和R₄的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多？ 18.4 焦耳定律 12 [过渡]下面用焦耳定律分析串、并联电路中的放热大小规律。先读清四个电阻的关系、电路连接方式和两个问题，再开始解答。 要点：①R₁=R₃ ②R₂=R₄ ③R₁＞R₂ ④两问 时长：2 分钟 例题解答（1）：串联电路 1 判断电流关系 在串联电路中，通过电阻为R₁和R₂的两个电阻器的电流相等。 2 根据焦耳定律 3 比较关系 当I、t相同时，Q与R成正比。由于R₁＞R₂，比较得出结果。 4 结论 相同时间内，电阻为R₁的电阻器放出的热量比电阻为R₂的电阻器多。 18.4 焦耳定律 13 [过渡]第一问是串联电路。串联电流相等，Q=I²Rt；当I、t相同时Q与R成正比，因R₁＞R₂，所以R₁放热更多。 要点：①串联电流相等 ②Q与R成正比 ③R₁结论 时长：2 分钟 例题解答（2）：并联电路 1 在并联电路中，电阻为R₃和R₄的电阻器两端的电压相等。 和 2 由公式可知，电压相同时，相同时间内导体放出的热量 与它们的电阻成反比。 3 且R₃＞R₄，电阻越小，相同时间内放出的热量越多。 相同时间内，R₄放出的热量比R₃多。 18.4 焦耳定律 14 [过渡]第二问是并联电路。两电阻两端电压相等，结合I=U/R可得Q=U²t/R，因此在电压、时间相同时热量与电阻成反比；R₃＞R₄，所以R₄放热更多。 要点：①并联电压相等 ②欧姆定律代入 ③反比关系 ④R₄结论 时长：3 分钟 想想议议 额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。 可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。 二者似乎有矛盾，这是怎么回事？ 焦耳定律的比较条件 电流相同、通电时间相同 电阻越大，单位时间内产生的热量越多 灯泡正常工作的比较条件 额定电压相同 电阻越小，额定功率越大 18.4 焦耳定律 15 [过渡]灯泡问题看似与焦耳定律矛盾，关键在于比较条件不同。焦耳定律的这一表述采用电流相同，而额定灯泡比较时是额定电压相同，公式形式也随条件变化。 要点：①完整问题 ②电流相同条件 ③额定电压相同条件 时长：2 分钟 电热的利用 鸡苗孵化器 图18.4-6 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 这些都是利用电热的例子。 18.4 焦耳定律 16 [过渡]电热不仅是现象，也是生产生活中主动利用的效果。教材列举了电热水器、电饭锅、电熨斗和养鸡场的鸡苗孵化器。 要点：①家庭用电器 ②产业应用 ③鸡苗孵化器 时长：1.5 分钟 电热的防止 安全隐患 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。 散热方式 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。 大数据服务器会产生大量电热，可通过多种方式进行散热。 18.4 焦耳定律 17 [过渡]很多情况下我们并不希望温度过高。过多电热会带来安全隐患，电子器件的寿命和稳定性依赖有效散热，教材列举了风扇、铜片、石墨散热片、热管和大数据服务器散热。 要点：①安全隐患 ②器件寿命与稳定性 ③多种散热方式 时长：2 分钟 练习与应用 1 题目 通过某电阻丝的电流为2 A时，测得它的电阻是2 Ω，该电阻丝1 min产生多少热量？ 1 已知 I＝2 A，R＝2 Ω，t＝1 min＝60 s。 2 公式 3 代入计算 将2 A、2 Ω、60 s代入焦耳定律，计算得到Q＝480 J。 答：该电阻丝1 min产生480 J的热量。 18.4 焦耳定律 18 [过渡]练习1直接使用焦耳定律。先把1 min化为60 s，再将I=2 A、R=2 Ω代入，得到Q=480 J。 要点：①统一时间单位 ②公式代入 ③结果480 J 时长：1.5 分钟 练习与应用 2 题目 一台额定功率是450 W的电饭锅，在额定电压下使用，1 min产生多少热量？ 1 已知 P＝450 W，t＝1 min＝60 s。 2 公式 3 代入计算 450 W×60 s＝27 000 J。答：1 min产生27 000 J的热量。 18.4 焦耳定律 19 [过渡]练习2给出额定功率，直接使用Q=Pt。450 W在60 s内产生27 000 J热量。 要点：①功率与时间 ②Q=Pt ③结果27 000 J 时长：1.5 分钟 练习与应用 3 题目 一个电烙铁的额定电压是220 V，在额定电压下工作时的电阻是1 210 Ω，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？ （1）求额定功率 已知U＝220 V，R＝1 210 Ω。 代入计算，额定功率P＝40 W。 （2）求产生的热量 t＝10 min＝600 s，P＝40 W。 40 W×600 s＝24 000 J。 答：产生24 000 J的热量。 18.4 焦耳定律 20 [过渡]练习3分为两问。先用P=U²/R求出额定功率40 W，再把10 min化为600 s，用Q=Pt求出24 000 J。 要点：①额定功率 ②时间换算 ③两问完整作答 时长：2 分钟 练习与应用 4 题目 某校师生自制了一台电烤箱。电烤箱的电阻丝通过5 A的电流时，1 min可产生 6.6×10⁴ J的热量。求这台电烤箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。 （1）求电功率 已知I＝5 A，Q＝6.6×10⁴ J，t＝60 s。 P＝1.1×10³ W。 （2）求电阻 由P＝I²R，得电阻 R＝44 Ω。 18.4 焦耳定律 21 [过渡]练习4先由热量和时间求电功率，再由P=I²R求电阻。注意题干热量为6.6×10⁴ J，1 min为60 s，计算得P=1.1×10³ W、R=44 Ω。 要点：①P=Q/t ②R=P/I² ③单位与数据保持原样 时长：2 分钟 练习与应用 5 题目 一个电热水壶的容量为1 L，电功率为1 000 W，在标准大气压下按上述容量烧开 一壶初温为20 ℃的水，至少需要多长时间？ 解题提示 1 先求水吸收的热量：质量m＝1 kg，温度变化ΔT＝100 ℃－20 ℃。 2 根据比热容关系求Q，再用电功率P＝1 000 W。 最后用功率关系求至少需要的时间，忽略热量散失时达到“至少”。 18.4 焦耳定律 22 [过渡]练习5需要联系比热容知识。1 L水质量为1 kg，先求从20 ℃升到沸点所需热量，再除以1000 W得到至少需要的时间，并注意“至少”对应忽略热量散失的理想情况。 要点：①容量与质量 ②Q=cmΔT ③t=Q/P ④标准大气压 时长：2 分钟 练习与应用 6 题目 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失掉。 （1）利用电流热效应 列举两个生活或生产中利用电流 热效应的实例。 提示：电热水器、电饭锅、电熨斗、 鸡苗孵化器等。 （2）防止电流热效应危害 列举两个生活或生产中为防止 电流热效应产生危害而采取的措施。 提示：安装风扇、使用铜片、石墨 散热片、热管等。 18.4 焦耳定律 23 [过渡]练习6要求各列举两个实例。利用电热可写电热水器、电饭锅、电熨斗、鸡苗孵化器；防止危害可写安装风扇、使用铜片、石墨散热片、热管等。 要点：①利用实例 ②防止措施 ③从教材案例中作答 时长：2 分钟 练习与应用 7 题目 在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根导线连接起来。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？ 1 连接处电阻增大 把导线简单地拧在一起，会使得连接处电阻增大。 2 电流相同，热量增多 家庭电路中通过各处的电流相同，R增大时，连接处产生的热量Q增多。 3 所以连接处比别处容易发热，温度过高， 甚至可能引起火灾。 18.4 焦耳定律 24 [过渡]练习7用焦耳定律解释家庭电路安全。导线连接处电阻增大，而电流相同，所以Q=I²Rt中的Q增大，连接处更容易发热，温度过高甚至引起火灾。 要点：①连接处电阻增大 ②电流相同 ③热量增多 ④安全责任 时长：2 分钟 $