(共29张PPT)
第18章 电功率
第4节 焦耳定律
学习目标
知识与技能
1.能通过生活实例,认识电流的热效应。
2.通过探究电流产生的热量与哪些因素有关,得出焦耳定律,并会用焦耳定律进行计算。
3.知道电热在生活中的利用和防止,学会辩证地看问题。
过程与方法
通过实验探索电流的热效应跟电流、电阻大小的关系。
情感、态度与价值观
1.具有对科学的求知欲,乐于探索日常生活中的物理学道理,乐于参与观察、实验、制作等科学实践活动。
2.能表达自己的观点,初步具有评估和听取反馈意见的意识。
重点
电流产生的热量跟电阻、电流大小之间的关系。
难点
理解焦耳定律。
学习目标
1.电流的热效应
(1)电流通过导体时将电能转化为______,这个现象叫做电流的热效应.只要有电流通过导体,而且导体有一定的电阻,就会发生电流的热效应.
(2)电热与电阻的关系:在______相同的条件下,电能转化成热能时的电功率跟导体的电阻成____比.
2.焦耳定律
(1)焦耳定律的内容:电流通过导体产生的热量跟电流的_______成正比,跟导体的电阻成____比,跟通电时间成_____比. (2)用公式表示Q=______.
热能
电流
正
二次方
I2Rt
正
正
自主学习
信息1 将如图所示的电炉接入家庭电路中,会发现,通电的电炉丝会发光、发热,其温度是很高的,而与电炉丝连接的导线却是凉的。
信息2 如图所示电炉丝中间断了,现将断头搭接在一起,接入家庭电路中,会发现,通电的电炉丝会发光、发热,且断头搭接在一起之处发光更亮,一会儿,断头处又被烧断。
根据以上实验现象,你能提出一个相关的问题吗?
情境导入
上周六,我们学校小伟同学的妈妈出门前嘱咐他好好写作业,不要看电视。妈妈回来时看到他在认真写作业,电视机也没打开,很高兴。可是用手一摸电视机的后盖就发现,小伟刚看过电视。
生活中,许多用电器接通电源后,都伴有热现象产生。
你知道小伟妈妈是根据什么判定的吗?
生成问题
生活中,许多用电器接通电源后,都伴有热现象发生。
一、电流的热效应
自研互学
电取暖器
热得快
电流通过导体时电能转化成热能,这个现象叫做电流的热效应。
上面这些生活中常用的电器有什么共同的特性?
电饭煲
电能转化为热能。
热水器
电热杯
实质:
电炉丝和导线通过电流相同,为什么电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
二、探究:电流的热效应与什么因素有关
电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关
实验装置
演示实验
实验1:研究电热与电阻关系
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越多。
实验2:研究电热与电流关系
在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一个电阻的电流越大,这个电阻产生的热量越多。
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
三、焦耳定律
焦耳定律
Q = I R t
热量 电流 电阻 时间
J A Ω S
公式:
意义:
单位:
焦耳定律: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。
焦耳定律的理论推导
电流通过导体时,如果消耗电能全部转化为热,而没有同时转化为其他形式的能量,那么,电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。
即: Q = W = Pt = UIt = IR It = I2Rt
考考你:
电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红,而导线却几乎不发热?
原因:导线电阻远小于电炉丝电阻,产生的热量少。
一根60 的电阻丝接在36V的电源上, 在5min内共产生多少热量?
解:
通过电阻丝的电流为:
U
I=
__
R
=
36V
60
=0.6A
电流产生的热量为:
Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60J=6480J
例题讲解
1.电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡
用来加热
电热器的优点: 清洁卫生,没有环境污染,热效率高,还可以方便地控制和调节温度。
四、电热的利用和防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如:电视机的后盖有很多孔,为了通风散热;电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。
2.电热的危害
焦耳定律
电流的热效应
焦耳定律
特征:电流通过导体会发热
探究电流热效应跟哪些因素有关
表述:电流通过导体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。
公式: Q = I2Rt
Q = I2Rt 的推导公式的应用
课堂小结
1.“ 在研究电流产生的热量跟电流的关系”的实验中,应保持 _____、_____一定,用滑动变阻器改变电阻丝的电流。
2.一根100Ω的电阻丝通过的电流是2A,它的电功率是_ __W 通电1min时产生的热量是_______J。
3.电阻R1、R2串联在电路中,R1=4,R2=6,则P1:P2=_____。 Q1:Q2=______。
电阻
时间
400
24000
2:3
2:3
当堂演练
4、 现有甲乙两个电炉子,已知电炉电阻R1>R2,分别接入电源电压220V的电路中,相同时间内,它们发热情况是( )
A 、甲放热多 B 、乙放热多
C 、同样多 D、无法判断
5、将一台“220V 100W”的电风扇,一个”220V 100W”的充电器,一把“220V 100W”的电烙铁分别接在220V的电源上,在相同时间内,电流通过他们时发热功率最大的是( )
A 电烙铁 B 充电器
C 电风扇 D 一样多
B
A
(见教材P102 动手动脑学物理)
1.某导体的电阻是2Ω,通过2A的电流时,1min产生多少焦耳的热量?
解:Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J.
2.一只额定功率是450W的电饭锅,在额定电压下使用,每分钟产生多少热量?
解:Q=W=Pt=450W×1×60s=2.7×104J.
教材习题解答
3.一只电烙铁的额定电压是220V,在额定电压下工作时的电阻是1210Ω,它的额定功率有多大?在额定电压下通电10min产生多少热量?
解:额定功率
产生的热量Q=W=Pt=40W×10×60s=2.4×104J
4.某校师生自制了一台电烘箱.电烘箱的电阻丝通过5A的电流时,每分钟可产生6.6×104J的热量.求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻.
解:
由Q=I2Rt得
5.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发掉.
(1)列举两个生活或生产中利用电流热效应的实例;
(2)列举两个生活或生产中防止电流热效应产生危害而采取的措施.
解:(1)如电饭煲、电热水器等利用电流的热效应来加热.
(2)电视机的后盖有很多孔,就是为了通风散热;电动机的外壳有很多翼状散热片,使用时与轴相连的扇叶还向散热片吹风,这些措施都是为了降温.
6.在家庭电路中,有时导线长度不够,需要把两根连接起来,而连接处往往比别处更容易发热,加速老化,甚至引起火灾.这是为什么?
解:导线相互连接处的电阻大.根据电流的热效应跟电阻 大小的关系,接入电路的电阻越大,发热越多,温度越高,这样长时间工作会加速老化,甚至引起火灾.