16.4科学探究：电流的热效应 课件 2021-2022学年沪科版物理九年级(共30张PPT)

(共30张PPT)
想一想
生活中,许多用电器接通电源后,都伴有热现象产生，用电器散发的热是从哪里来的呢？
第十六章 电流做功与电功率
四、科学探究：电流的热效应
学习目标
1、知道什么是电流的热效应，知道电流的热效应与导体的电阻、通过导体的电流、通电时间的定量关系；
2、掌握焦耳定律；
3、知道生活、生产中电流热效应的应用实例和危害以及危害的防止手段。
一、电流的热效应
电路通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
实验探究：电流产生的热量与哪些因素有关
猜想与假设
烫手
跟电阻
有关
不烫手
干路
着火
跟电流有关
跟时间有关
用越久约烫手
一、电流的热效应
实验方法
控制变量法
转换法
（1）当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？
（2）电流通过导体产热,其中所产生的热量既看不见也摸不着，如何测量呢？
实验探究：电流产生的热量与哪些因素有关
设计实验
方案一：烧瓶内装有煤油，电阻丝产生热量会使煤油温度升高，
用 测量温度；温度变化的越大，产生热量的越 。
讨论：实验中通过观察什么现象来比较电流产生的热量的多少？
温度计
多
方案二：电阻丝加热密封容器中的空气， 观察管中液柱 ；液柱上升的越高，产生的热量越 。
多
转换法
上升的高度
实验一：探究电流产生的热量与通电时间是否有关
（1）按照右图连接实物图，按下计时器并同时记录温度计的示数。保持电流大小不变。
实验步骤
（2）记录数据，分析结论
R
S
A
R＇
保持电流I和电阻R不变
实验二：探究电流产生的热量与电流大小是否有关
（1）按照右图连接实物图，移动滑动变阻器滑片，观察电流大小与产生热量的关系
实验步骤
（2）记录数据，分析结论
保持电阻和时间相同
R
S
A
R＇
（1）按照右图连接实物图，观察电流相同时，不同阻值的电阻与产生热量的关系
实验步骤
（2）记录数据，分析结论
保持电流和通电时间相同
一、电流的热效应
实验三：探究电流产生的热量与电阻大小是否有关
R1
R2
S
E
A
结论：
电流通电阻丝时产生的热量与导体的______、通过导体的_________以及
有关
电阻
电流
通电时间
三、焦耳定律
　　焦耳（James Prescott Joule，
1818—1889），英国物理学家。用
近 40 年的时间做了 400 多次实验，
研究热和功的关系。通过大量的实
验，于 1840 年最先精确地确定了电
流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。
焦 耳
Q = I R t
热量 电流 电阻 时间
J A Ω S
2.公式：
意义：
单位：
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。
三、焦耳定律
导线和电炉丝串联，为什
么电炉丝热得发红，而导线却
几乎不发热呢？
答：导线与电炉丝串联电流相等，但电炉丝的电阻比导线电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt知，在电流、通电时间相等时，电阻大的产生热量较多，所以电炉丝很热，而导线却不热。
应用解释
焦耳定律可以根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来。
证明：电流通过导体时，如果电能全部转化为热能，而没有转化为其他形式的热量，也就是电流所做的功全部用来产生热量，那么，电流产生的热量 Q 就等于电流所做的功W，即 Q = W = UIt，再根据欧姆定律 U=IR，就得到 Q =I2R t。
1、当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即：
Q = W = UIt = I2Rt
如：电暖器，电饭锅，电炉子等。
2、当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：
　　W＞Q热
电能 内能+机械能
想一想：W和Q的关系
新知探究
二、焦耳定律
1）焦耳定律定量地描述了电能向热能转化的规律， 用公式Q=I2Rt 来表示，适用于任何电路。
2）在电流所做的功全部用来产生热量时，焦耳定律可根据电功公式W=UIt和欧姆定律导出：
Q = W = UIt = U2/R ，这里的条件是电功全部用来产生电热，上述公式才成立，所以，它们只适用于纯电阻电路。在纯电阻电路中，在不同的情况下，选用不同的公式去解决问题会更简便。
对焦耳定律的理解
某电热器接在220V的电源上，其电阻是100Ω，则通电8min能产生多少热量？
已知：U=220V，R=100Ω，t=8min=480s。
求：Q=
解：根据已知条件，由欧姆定律，得
I=U/R=220V/100Ω=2.2A，
将I的值带入焦耳定律的公式，得
Q=I2Rt=（2.2A）2×100Ω×480s≈2.3×105J。
答：这个电热器通电8min产生的热量为2.3×105J。
本课小结
通过本节课，你学到了什么？
电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
一、电流的热效应
二、影响电流热效应的因素
电流通过导体时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。
三、焦耳定律
Q = I2Rt
本课小结
1．下列电器中，利用电流热效应的是（ ）
B
2．电风扇、白炽灯、电烙铁三个用电器上都标有“220V，60W”字样，正常工作时，相同的时间产生的热量（ ）
A．电动机 B．电饭锅 C．电风扇 D．电视机
A．电风扇最多 B．白炽灯最多 C．电烙铁最多 D．三者一样多
C
随堂练习
1、两个电热器的电阻之比为4:3，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为_____；若两个电热器的电阻相同，通过的电流强度为1:3，在相等的时间里产生的热量之比为______。
4:3
1:9
2、当0.2A的电流通过一金属线时产生的热量为Q1，若使通过的电流增加到0.4A时，在相同的时间内产生的热量为Q2，那么Q2是Q1的　(　　　 )
A、2倍　 B、4倍　 C、0.25倍　 D、0.5倍
B
随堂练习
3、一根60 的电阻丝接在36V的电源上，在5分钟内共产生多少热量？
解：
I=U/R=36V/60Ω=0.6A
Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60=6480J
4、某电动机上标有“220V 2A”，它的线圈电阻为5 ，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？
解：消耗的电能为:W总=UIt=220V×2A×60S=26400J
线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5 ×60S=120J
得到的机械能为：W机=W总－Q=26400J－120J=25200J
随堂练习