2021-2022学年沪科版九年级物理全一册16.4科学探究：电流的热效应 （课件）(共33张PPT)

(共33张PPT)
第四节科学探究：电流的热效应
我们家的电器中哪些是把电能转化为内能（热能）的？
同学们还记得我们前边学习的电功的公式么？
它表示什么意义呢？
W=UIt
它们的共同特征
是什么？
——电能转化为内能
不同用电器在不同的情境下会产生不同的热量，产生电热的多少与什么有关？是什么关系呢？
猜想一下，是不是与这些因素有关？
（I、U、R、P、t……）
一、影响电流产生的热量的因素
目标：在电流、电阻相同，通电时间不同时，产生电热的效果如何呢？
思考：
①实验设计中，怎样保证电流等大？
②用什么仪器反映产生热量的多少？
【演示实验1】
电路设计：课本16-13，实物16-14
①保持滑动变阻器的滑片不动
②用电阻丝加热煤油，加热后，温度升高，看温度计液面升高。
现象：1、时间越长，温度升的越高
结论：1、在电流和电阻相同时，时间越长，产生的热量越多。
思考：
怎样改变电流的大小？
看到了什么现象？
说明了什么结论？
让相同的电阻，流过不同的电流，看效果会如何呢？仍然按图16-14连接电路
演示实验2
现象：电流
I
大时温度计的液面升高快，即产生的热量Q
多。
结论：2、在电阻相同和时间相同时，通过的电流越大，产生的热量越多。
【演示实验3】
让不同的电阻，流过相同的电流，看效果会如何呢？电路设计如图16-15，按图16-16连接电路
请回答：
①看到了什么现象？
②说明了什么结论？
现象：I
相同时，R
大的一边温度计的液面升的高，即升温快。
结论：3、在电流和时间相同时，电阻越大产生的热量越多。
通过以上实验你能总结出什么规律？
电阻上产生的电热与电阻大小和流过的电流都有关，电阻越大，电流越大，产生的热量越多。
①焦耳通过实验得到电流产生热量与电流、电阻、通电时间是什么关系？
②如何用公式表示这一规律？单位是什么？
2、公式：Q=I2Ｒｔ
3、导出公式：Q=UIｔ
Q=U2Ｒ/ｔ
【问题思考1】
1、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。
2、公式：Q=I2Ｒｔ
3、导出公式：Q=UIｔ
Q=U2Ｒ/ｔ
二、焦耳定律
①串联电路中常用公式：Q=
I2Rt
。Q1:Q2:Q3:…Qn=R1:R2:R3:…:Rn
并联电路中常用公式：Q=
U2t/R
Q1:Q2=
R2:R1
②无论用电器串联或并联。计算在一定时间所产生的总热量
常用公式Q=
Q1+Q2+…Qn
③分析电灯、电炉等电热器问题时往往使用：Q=
U2t/R=Pt
4、应用——电热器：
①定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。
②原理：焦耳定律
③组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。
④优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。
为什么用导线连接的电磁炉通电后，电炉很快发红发热，而导线却不热？
因导线电阻很小（0.01~0.001Ω），而电炉电阻很大（几十、几百欧姆），串联时导线生热很微小，故感觉不热。
【问题思考2】
例题解析
例题
一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量？
解法1：通过电阻丝的电流
再由焦耳定律电流产生的热量
即
解法2：
例2：某导体的电阻是2欧。当1安的电流通过时，l分钟产生的热量是多少焦？
例3：一只“220V45W”的电烙铁，在额定电压下使用，每分钟产生的热量是多少？你能用几种方法解此题？
【拓展变化】
①若该电阻丝截短一半，仍接在原电源上，在相同时间内，产生的热量是原来的多少倍？
②若电压减为一半，其他不变，则产生热量又如何？
电压相同时，适用
，
R越小，Q越大（由
知,P大的R小）。
电流相同时，适用
Q=I
R
t
，
R越大Q越大。
【想想议议】
“试一试”：实例分析
实例1：电褥子长时间通电容易起火，你能
解释么？
实例2：电路短路会起火，你能解释么？
实例3：拨打手机时间长了，手上有什么感
觉？怎么办？
实例4：两个灯泡，亮度大的产生的热量一
定更多么？
课堂总结
1.电热的影响因素有哪些？
2.分组实验得到的结论是什么？
3.焦耳总结的规律是什么？公式如何
4.应用：如何用含电压的量表述焦耳定律公式？
5.生活中，有哪些应用或减少（防止）电热的
实例？
例2：一电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作。
（1）求电动机正常工作1min所消耗的电能；
（2）求电动机正常工作1min所产生的内能；
（3）求电动机正常工作1min所转化的机械能。
已知：U=2V,
I=0.8A,R=1
Ω,t=1min=60s
求：
W电;Q;W机
解：
W电=UIt=2V×0.8A×60s=96J.
Q=I2Rt=(0.8A)2×1
Ω×60s=38.4J
W机=
W电－Q=96J－38.4J=57.6J
答：电动机正常工作1min所消耗的电能、产生的内能、转化的机械能分别为96J、38.4J、57.6J.
例3．两个电阻阻值之比R1∶R2＝２∶３，若把它们串联在电路中，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q１∶Q２＝　　　
　　　；若把它们并联在电路中，相同时间内产生的热量之比　Q１′∶Q２′=
.
　　精析：串联电路中，电流相等，要求产生热量之比，应该想到用公式Q=I2Rt进行比较，而在并联电路中，两电阻两端的电压相等，故应想到用进行比较.
　　全解：由于R1、R2串联在电路中，根据Q=I2Rt可得Q１∶Q２＝R1∶R2＝２∶３.当R1、R2并联在电路中，根据可得Q１∶Q２＝R2∶R1＝3∶2．
　　点评：本题的解答，需要分清两个电阻是串联还是并联，抓住两类不同电路的特点，然后分别选择合理的公式，代入相关数据进行计算
例4．电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连接的输电线却不热，这是因为
（
）
　　A．通过电炉上的电流比通过输电线上的电流大
　　B．电炉丝的电阻比电线的电阻大得多
　　C．电炉丝金属的比热容与输电线的比热容不同
　　D．以上三种说法都有道理
　　精析：这个现象运用焦耳定律容易解释.由于电炉丝与铜导线是串联的，所以通过它们的电流相等，根据焦耳定律Q=I2Rt，电炉丝的电阻比铜导线的电阻大得多，因此电炉丝上产生的热量比铜导线上多得多，所以我们看到电炉丝热得发红，而导线却不怎么热.
　　全解：本题答案应选B．
　　点评：比较电流产生热量的多少，关键是准确地选用原理，要从题意中挖掘条件，根据具体问题，选择合适的物理原理．
例5．一台直流电动机，线圈的电阻为0.5Ω，接在12V电源上时，通过的电流为2A，这台电动机工作5min产生多少机械能？
　　精析：
电动机不是纯电阻电路，不遵从欧姆定律，求电动机消耗的电能，也就是求电流所做的功只能用W=UIt，而电流通过线圈产生的热量必须用Q=I2Rt求，电能转化为机械能应为W-Q.
　　全解：电流通过电动机所做的功为：W=UIt=12V×2A×300s=7200J，即电动机5min消耗的电能为7200J.
　　电流通过线圈产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×0.5Ω×300s=600J.
　　电能转化为机械能的量为：W-Q.=7200J-600J=6600J.
　　点评：本题电流做功，电能转化为内能和机械能，电动机电路是非纯电阻电路，所以在选用公式时要慎重.
思考与练习
　　一、填空题
　　1.电热既有消极危害的一面，也有积极可利用的一面。人类就是利用电流来加热的，常见的设备有
、
、
等．
　　2.一个20Ω的电阻，通过0.5A的电流2min，电阻上消耗
J的电能，释放热量
J.
　　3.有一种家用电熨斗的规格为“220V
300W”这种电熨斗内部电热丝的电阻是
Ω.如果在额定电压下工作，1min内将产生
J的热量.
　　
二、选择题
　　4.下列几种家用电器中不属于电热器的是
（
）
　　A.电炉
B.电熨斗
C.收音机
D.电烙铁
　　
5.电冰箱、电视机、电风扇等用电器的后面分别装有铁片或制成空格状，这样做的目的（
）
　　A.为了用电器的美观
B.为了防止用电器漏电
　　C.为了防止用电器聚集热量
D.为了节约用电器的制作材料
　　
6.若下列各用电器的额定功率都相等，正常工作时，释放热量最多的是
（
）
　　A.电视机
B.白炽灯
C.电烙铁
D.电风扇