15.4 焦耳定律（教学课件）物理新教材沪粤版九年级上册

物理九年级上册 •沪粤版 第十五章 电能与电功率 第4节 焦耳定律 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道电流的热效应，了解电能转化为内能的现象。理解焦耳定律的内容、公式及其单位，能进行简单的计算。知道电热在生活中的应用及防止。 02 科学思维 通过实验探究，掌握控制变量法和转换法在物理研究中的应用。能从能量转化的角度分析电功与电热的关系，区分纯电阻电路与非纯电阻电路。 03 科学探究 经历“探究电流产生热量与哪些因素有关”的实验过程，能设计实验方案、收集数据并分析论证。能通过实验现象归纳出焦耳定律的定性规律。 04 科学态度与责任 体会物理与生活的紧密联系，增强安全用电意识。培养严谨的科学态度和团队合作精神。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 探究电流产生热量与电流、电阻、通电时间的关系。 2. 焦耳定律的内容、公式及应用。 1. 实验方案的设计与控制变量法的具体实施。 2. 理解焦耳定律的适用条件，区分纯电阻与非纯电阻电路中的能量转化。 课堂引入 电炉通电时会产生热，生活中电热水壶、电暖手宝等用电器通电也会发热。 这些用电器工作时有什么共同点？ 能量是如何转化的？ （都发热） （电能 → 内能） 电流的热效应：电流通过导体时，电能转化成内能的现象。 知识点1 探究电流产生热量的影响因素 知识点1：探究电流产生热量的影响因素 猜想与假设 1.电炉丝热得发红，而连接它的导线却不怎么热 → 可能与电阻有关？ 2.给手机快速充电时，手机发烫更明显 → 可能与电流有关？ 3.电热器通电时间越长，水温越高 → 可能与时间有关？ 猜想结论： 电流产生的热量可能与 电流大小 ( I)、电阻大小 ( R)、通电时间 ( t) 有关。 知识点1：探究电流产生热量的影响因素 实验方法 方法一：控制变量法 探究 Q 与 R 的关系：控制 I、 t 相同。 探究 Q 与 I 的关系：控制 R、 t 相同。 方法二：转换法 难点：热量看不见、摸不着，如何比较多少？ 方案：利用锥形瓶内的电阻丝通电产热，使瓶中的煤油温度升高。 指标：温度升高越多 ⇒ 产生的热量越多。 知识点1：探究电流产生热量的影响因素 实验装置 实验装置如图所示，甲、乙两个锥形瓶中的电阻丝的电阻R₁、R₂分别为5Ω和10Ω,两个瓶内装有等量、初始温度相同的煤油。 知识点1：探究电流产生热量的影响因素 进行实验与数据分析 【实验一】探究热量与电阻的关系 控制条件：保持电流和通电时间相同。 操作：将 5Ω 和 10Ω 的两个电阻串联接入电路。连接电路，进行实验。通电前，先记下锥形瓶中煤油的初始温度t₀;通电后，每经过相同时间(如1min),读出两支温度计的示数，并将数据填写在表中。 现象：通电一段时间后，连接 10Ω 电阻的锥形瓶中煤油的温度变化更大。 结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 知识点1：探究电流产生热量的影响因素 进行实验与数据分析 【实验二】探究热量与电流的关系 控制条件：保持电阻和通电时间相同。 操作： 选取一个 10Ω 电阻接入电路，记录电流 I1 和初始温度。 调节滑动变阻器，增大电流至 I2 ( I2>I1)，保持通电时间相同，观察温度变化。 现象：电流较大时，温度更高。 结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多。 知识点1：探究电流产生热量的影响因素 进行实验与数据分析 【实验三】探究热量与通电时间的关系 控制条件：保持电流和电阻不变。 操作：持续通电，观察同一电阻对应的U形管液面随时间的变化。 现象：通电时间越长，液面高度差越大。 结论：在电流和电阻相同时，通电时间越长，产生的热量越多。 综上所述，通电导体产生的热量与导体的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。 典例分析 例1 如图甲所示是“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个相同的透明容器中密封着等质量的空气。 (1)甲实验是为了探究电流产生的热量与___________的关系，将此装置接到电源两端，通电一段时间后，电流在___________容器中产生的热量较多。（选填“A瓶”或“B瓶”） 典例分析 例1 如图甲所示是“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个相同的透明容器中密封着等质量的空气。 (2)如乙图所示的是探究电流产生的热量跟___________的关系，通电一段时间___________（选填“C瓶”或“D瓶”）内的电阻丝产生的热量多。 (3)小明认为只需将乙图中左边容器中的电阻丝由5Ω换成10Ω，就可以探究电流产生的热量与电阻的关系，你认为他的想法___________（选填“是”或“不是”）正确的，请解释原因___________。 知识点2 焦耳定律 知识点2：焦耳定律 英国物理学家焦耳经过多年的研究，做了大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系：电流通过导体时产生的热量，跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。 单位： Q：热量 —— 焦耳 (J) I：电流 —— 安培 (A) R：电阻 —— 欧姆 ( Ω) t：时间 —— 秒 (s) 公式： Q=I2Rt 知识点2：焦耳定律 电功( W)与电热( Q)的关系 电路类型 能量转化情况 关系式 示例 纯电阻电路 电能全部转化为内能 W=Q 即UIt=I2Rt= 电烙铁、电饭煲、白炽灯 非纯电阻电路 电能主要转化为机械能/化学能，少部分转化为内能 W>Q W=UIt（总功） Q=I2Rt（热损耗） 电动机、电风扇、充电电池 典例分析 例2 如图所示，在铝箔条上的A、B、C三处剪出宽度相同的缺口，将铝箔条的两端连到电池的两极上，此时通过A、B、C三处的电流相同，则铝箔条上产生热量最多的地方是（    ） A．A处 B．B处 C．C处 D．无法确定 知识点3 电热的利用与防止 知识点2：电热的利用与防止 电热的利用 原理：利用电流的热效应。 发热体材料：电阻率大、熔点高的合金（如镍铬合金）。 应用：电饭煲、电暖器、电水壶。 知识点2：电热的利用与防止 电热的防止 危害：加速绝缘老化、引发火灾、降低效率。 措施： 加装散热片（CPU、功放）。 安装散热风扇（笔记本电脑、投影仪）。 外壳开设通风孔。 输电线采用粗导线减小电阻。 课堂小结 课堂小结 一、电流的热效应 定义：电流通过导体，电能转化为内能。 二、焦耳定律：电流通过导体时产生的热量，跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。 公式：Q = I²Rt 适用范围：所有电路 三、电功(W)与电热(Q)的关系 纯电阻电路（电炉、灯泡）：W = Q 公式通用：W = Q = UIt = I²Rt =U²Rt 非纯电阻电路（电动机）：W > Q W = UIt (总功) Q = I²Rt (热损耗) W机械 = W - Q 四、电热的利用与防止 利用：电热器（电阻率大、熔点高） 防止：散热片、风扇、通风孔 课堂练习 课堂练习 探究新知 1．小明在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并分别连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少，装置的密封性能良好，电源电压为6 V。 (1)图甲装置中R3的作用主要是使通过电阻R1、R2的电流______（选填“相等”或“不相等”），为了使实验现象更明显，可以将R3的阻值换成更_____（选填“大”或“小”）的； 课堂练习 探究新知 1．(2)图甲装置中，如果R3发生了断路，在通电时间相同的情况下，与未发生断路之前相比较，左侧U形管中液面的高度差将_____（选填“变大”“变小”或“不变”）； (3)小明猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持他猜想的是_____： A．正常工作时，“36 V，54 W”的灯泡比“12 V，6 W”的灯泡亮 B．接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热 C．电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热 课堂练习 探究新知 1．(4)图甲装置，最终可以得到结论：_______________。 (5)为了验证猜想，小明选用了5Ω和100Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，闭合开关，他发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是_____________________________。 课堂练习 探究新知 2．电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。下列说法正确的是（     ） A．通过导线的电流小于通过电炉丝的电流 B．导线的电阻大于电炉丝的电阻 C．导线的电阻小于电炉丝的电阻 D．电流通过导线时没有产生热效应 课堂练习 探究新知 3．小王为自己设计了一款有“加热”和“保温”两挡的暖手袋，内部电路简化如图所示，电源电压U=6V，电热丝R1，R2的阻值恒定，R1=20Ω，R2=5Ω。求： (1)只闭合开关S1时，通过电路的电流； (2)“加热”挡通电1min产生的热量。 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 $