2021-2022学年度苏科版物理九年级下册15.3电热器电流的热效应 课件(共46张PPT)

(共46张PPT)
第三节 电热器 电流的热效应
第15章 电功和电热
新知一 电热器
1．电流的热效应
(1)定义：导体中有电流通过时会发热，将电能转化为内能，这种现象称为电流的热效应.
(2)实质：电流通过导体发热的过程就是电流做功的过程，即电能转化为内能的过程.
深度理解：
超导体没有电阻，电流通过超导体时，不会产生热量，所以利用超导体不能制作电热器. 但利用超导体制作输电导线、电动机线圈等，可以避免因电流热效应而引起的电能损耗.
合作探究
2．电热器 利用电流的热效应工作的装置称为电热器.
3． 电热器的主要结构：发热体. 发热体是由导电性差、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的.
4． 常见的电热器 电烙铁、电饭锅、电熨斗、电热毯等都是日常生活中常见的电热器，它们的共同特点是工作时将电能直接转化为内能，可以利用内能来加热、取暖、烘干等.
易错提醒：
微波炉工作时，是将电能转化为微波，运用微波加热食物的，而不是利用电流的热效应工作的.
5． 电热 电热是指电能转化成的内能. 对于不同的用电器，在消耗相同的电能的情况下，电能转化为内能的多少是不同的，电热器工作时，可以近似地认为电能全部转化为了内能.
[2021·镇江] 下列选项中，利用电流的热效应工作的家用电器是( )
A. 油烟机 B. 电热毯C. 洗衣机 D. 电风扇
B
新知二 影响电流热效应的因素
1．提出问题 电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？
2．猜想与假设 可能与电阻大小、电流强度以及通电时间有关.
3． 设计实验
方法详解：
①转换法：通过烧瓶内煤油升高的温度来反映电流通过电阻丝产生热量的多少.
②控制变量法：通过实验分别探究电流通过电阻丝产生热量的多少与电阻、电流及通电时间的关系，在探究与其中一个的关系时，需要控制其他两个物理量相同. 同时在表述结论时，不能缺少必要的前提条件. 如“电阻丝阻值越大，电流产生的热量越多”，这种说法就是错误的.
在两个相同的烧瓶中装入质量和初温都相同的煤油，瓶中各放一根电阻丝和温度计(如图15-3-1 甲所示，R1 ＞ R2)，接入如图乙所示的电路中，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，观察温度计内液柱的升高情况，就可以比较电流产生热量的多少.
4．进行实验、分析论证
(1)将图甲所示的装置接入电路中，通电一段时间后，观测两个烧瓶中液体温度的变化.
实验现象：电阻丝R1 所在烧瓶中的温度计的示数上升得更多.
实验结论：电流和通电时间相同时，电阻丝阻值越大，电流产生的热量越多.
表述结论时，不能缺少不必要的前提条件.
(2)控制通电时间相同，调节滑动变阻器的滑片，从而改变通过电阻丝的电流，观测其中一段电阻丝(如R1)所在烧瓶中的液体温度的变化.
实验现象：随着滑动变阻器的阻值减小，通过电阻丝的电流增大，观测到电阻丝R1 所在烧瓶中的温度计的示数上升.
实验结论：电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多.
(3)加长通电的时间，观测其中一段电阻丝(如R1)所在烧瓶中的液体温度的变化.
5． 探究归纳 电流通过导体时产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关.
特别提醒：
①为了使实验现象比较明显，所选的两段电阻丝的阻值要有较大差别.
②实验时，烧瓶中的液体要选用煤油而不是水，因为煤油的比热容较小，吸收相同的热量后，相同质量的煤油和水相比，煤油的温度变化较大，实验现象更明显.
③为缩短实验时间，烧瓶中煤油的质量不能太大.
[2020·济宁] 电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热. 为探究其原因，
小明连接了如图15-3-2 所
示的实验电路，其中R1>R2.
(1)实验中通过__________________ (填“温度计示数”“加热时间”或“温度计示数的变化”)来反映电阻丝产生热量的多少. 在“探究动能的大小与哪些因素有关”的实验中就用到这种思想和方法：让同一钢球从光滑斜面上不同高度滚下后撞击木块，通过木块________________来反映动能的大小；
温度计示数的变化
滑行的距离
(2)实验表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多. 请解释“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”的原因： ___________________________.
电炉丝的电阻比导线的电阻大
拓展延伸：
在生活中，所有电热器工作时，通常都是发热体部分温度很高，导线几乎不发热，是因为导线的电阻远小于发热体的电阻，导线上产生的热量微乎其微.
对于不达标的电热器，往往导线较细，导致导线的电阻较大，工作时产生的热量较多，具有着火的风险；再比如远距离输电，通过提高电压来减小输电电流(P=UI，电功率一定)，同时选用横截面积很大的粗导线，目的都是为了减小电能在输送过程中的热损耗.
新知三 焦耳定律
1. 内容：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比.
2. 焦耳定律公式及各物理量单位
公式 Q=I2Rt
物理量及单位 电流I A
电阻R Ω
通电时间t s
热量Q J
(1)公式的意义：公式反映的是电流通过导体时产生热效应的规律，定量地揭示了电能转化为内能的规律.
(2)适用范围：公式是由实验总结出来的，只要是电流所产生的热量，都可以利用这一公式进行计算.
3. 有关电热的计算问题
(1)在任何电路中，计算电功都用W= UIt，计算电热都用Q=I2Rt.
(2)在纯电阻电路中，由于电流通过导体做的功全部转化为了内能，所以Q=W，则有导出公式：Q=W=Pt= UIt =
t=I2Rt.
(3)在非纯电阻电路中，由于电流通过导体做的功只有一部分转化为了内能，所以W>Q，这时电热只能用Q=I2Rt 计算.
4. 在纯电阻电路中，电热与电阻的关系
(1)在只有R1 和R2 的串联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成正比，即Q1 ∶ Q2=R1 ∶ R2；
(2)在只有R1 和R2 的并联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成反比，即Q1 ∶ Q2=R2 ∶ R1.
多用于定性比较两用电器相同时间内产生的热量.
归纳总结：
基本公式 导出公式
电功 W=UIt W=I2Rt= t
电功率 P= =UI P= =I2R
焦耳定律 Q=I2Rt Q=UIt= t
适用范围 普通使用 适用于纯电阻电路
[2021·长春] 将一根阻值为100 Ω 的电阻丝接入电路后，通过它的电流是0.2 A. 求：
特别提醒：
运用公式计算电热比较简单，但注意以下两个问题：
①代入各物理量的数据时，需将其单位换算成符合要求的单位.
②公式中的各物理量都是对应于同一状态、同一段电路或同一导体.
(1)电阻丝两端的电压；
解：根据欧姆定律可知，电阻丝两端的电压：
U=IR=0.2 A×100 Ω=20 V.
(2)通电10 s，电阻丝产生的热量.
根据焦耳定律可知，通电10 s，电阻丝产生的热量：
Q=I2Rt=(0.2 A)2×100 Ω×10 s=40 J.
一只电烙铁标有“220 V 40 W”，在额定电压下通电
10 min 产生的热量是 _________J.
2.4×104
新知四 电热的利用和防止
1. 电热的利用：电热器.
2. 电热器的优点
(1)清洁卫生，没有环境污染；
(2)效率高；
(3)可以方便地控制和调节温度.
利用电能转化为内能来工作.
3. 电热的危害
(1)由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器.
(2)造成电能输送过程中的电能损失.
4. 防止电热危害的方法
(1)尽量减少电流产生的热量，例如减小电流、减小电阻、控制通电时间等.
(2)加快散热. 许多用电器都采用加快散热的方法来防止电热的危害.
①安装散热孔或散热窗；
②安装散热片；
③在发热部位安装散热风扇.
5. 电热的利用和防止一定要具体问题具体分析. 如电视机长时间工作产生的热量容易损坏电视元件，但受潮时可以利用电热来去除湿气.
延伸拓展：
1 .照明灯工作时的能量转化：
白炽灯的工作原理是电流通过灯丝时，电能转化为内能，从而使灯丝的温度升高，达到发光的程度. 因此，电能转化为内能和光能.LED 灯因原理与其不同，发光效率比白炽灯高很多.LED 灯是利用半导体材料的特性，让电能直接转化为光能，不用先转化为内能.
2 . 照明灯工作时电能转化为光能的大致比例：
白炽灯将电能转化为光能的大致比例为10 ％，LED 节能灯的发光效率约为90％，所以使用节能灯可大大节约电能.
[2020·靖江] 下列措施中， 属于利用电流热效应的
是( )
A. 与空调器相连的导线很粗
B. 电视机的后盖有很多孔
C. 热水器的发热板装在底部
D. 电脑的主机中安装微型风扇
C
技巧点拨：
识别是利用电热还是防止电热的危害：
①主要看使用某电器或相应装置某种设计的目的，如果目的是方便散热 ，则属于防止电热的危害；如果是利用电流产生的热量，则属于利用电热.
②也可熟记利用电热和防止电热危害的常见实例从而解题.
【2021·北京】下列四种用电器中，利用电流热效应工作的是(　　)
A．电冰箱 B．电视机
C．电脑 D．电热水壶
1
D
巩固新知
下列各用电器均标有“220 V　60 W”字样，它们正常工作相同的时间，发热最多的用电器是(　　)
A．电视机 B．电风扇
C．电热毯 D．洗衣机
C
2
【2020·苏州张家港一模】电饭锅是利用电流的________效应工作的；能应用超导材料制作的是__________(填“电饭锅的发热体”或“输电导线”)．
热
3
输电导线
【2020·宿迁】如图是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，
4
下列说法错误的是(　　)
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
D
【2020·泰州】如图所示是小明“探究影响电流热效应的因素”的实验装置，在甲、乙两瓶中装入质量和初温均相同的煤油，R1、R2采用如图连接方式的目的是________________________________．
控制电流和通电时间相同
5
闭合开关一段时间后，乙瓶中温度计的示数较高，由此说明通电导体产生的热量与________有关．小华用相同装置(煤油质量也相等)同时进行实验，细心的小红看到小明和小华两组电阻丝阻值相等的烧瓶中，小华这一组的煤油升温比小明的快，比较发现：小华的滑动变阻器接入电路的阻值较小，根据这一现象，小红________(填“能”或“不能”)初步判断出通电导体产生的热量与通过导体的电流有关．
电阻
能
我们知道，电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热，其原因是(　　)
A．导线的电阻小
B．电炉丝的电阻小
C．通过导线的电流大
D．通过电炉丝的电流大
A
6
【2021·连云港】某电热器接入220 V的电路中正常工作时，其电热丝的阻值为110 Ω，则通过该电热丝的电流为________A，10 s内该电热丝会产生________J的热量．
7
2
4.4×103
【2021·重庆】如图所示的电路中，电源电压恒为3 V，电阻R2的阻值为30 Ω.当开关S1闭合、
S2断开时，电流表示数为0.3 A，求：
(1)电阻R1的阻值．
8
(2)当开关S1、S2均闭合时，通电10 s电阻R2产生的热量．
电热器 电流的热效应
电热
影响因素
影响因素
利用和防止
归纳新知
再见