18.4焦耳定律 课件 2022-2023学年人教版物理九年级(共27张PPT)

(共27张PPT)
18.4 焦耳定律
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。
　你能发现这些用电器在工作时有什么共同特点吗？
　　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
　　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
猜想：电流通过导体时产生热量多少与什么因素有关
请你提出可探究的科学问题：
想想议议
电流通过导体时产生热量多少与导体电阻有什么关系？
任务1
设计实验：
1、自变量？因变量？控制变量？
2、关键：如何获得电热的多少？如何让电流通过电阻产生的热量最直观的显示出来？
实验装置
设计实验：
2、如何让电流通过电阻产生的热量最直观的显示出来？
（1）吸热物质是什么？
（2）空气吸收热量后会发生什么变化？
（3）我们将不易观察到的电流产生热量的多少转换为观察空气膨胀的程度，那么如何直观显示出空气膨胀的程度？
设计实验：
3、如何改变电阻大小？需要选择什么器材？如何控制电流和通电时间相同？请你设计电路，画出电路图。
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
进行实验：
1、设计记录数据的表格：
进行实验：
2、按照电路图连接实物；
3、将观察到的实验现象记录在表格中。
得出结论：
　电流通过导体时产生热量多少与导体电阻有关。
交流与评估：
1、本实验装置以空气作为吸热物质，让电阻丝对空气加热，如果改为对液体加热，你认为可行吗？
2、两种方案相比较，哪种方案更好？说出你的理由。
电流通过导体时产生热量多少与电流有什么关系
任务2
设计实验：
1、自变量？因变量？控制变量？
2、关键：如何改变电流的大小？如何控制电阻和通电时间相同？怎么设计电路？
I = 2I1
I
A
R = 5 Ω
R = 5 Ω
R = 5 Ω
I1
进行实验：
1、设计记录数据的表格：
进行实验：
2、按照电路图连接实物；
3、将观察到的实验现象记录在表格中。
得出结论：
　电流通过导体时产生热量多少与电流有关。
电流通过导体时产生热量多少与通电时间有什么关系
任务3
　 电流通过导体时产生热量多少与通电时间有关，相同电流通过相同阻值的导体时，时间越长，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
　　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。
　　2．公式：Q = I2Rt
　　3．单位：焦耳（J）
二、焦耳定律
　　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
三、电能和电热关系
电能 内能+机械能
Q = I2Rt
=(0.6 A)2×60 W×300 s
= 6 480 J
　　一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两端，在 5 min内共产生多少热量
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。
解:
例题
I =　 =　　　= 0.6 A
U
R
36 V
60 Ω
　　额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事
想想议议
　　答：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
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
实验设计：实验桌上有三个完全相同的烧瓶，烧瓶内装有质量相等的煤油、型号相同的温度计和阻值相等且不变的电阻丝R，如图所示。另外还有满足实验要求的电源、滑动变阻器和开关各一个，电流表和停表各一块，导线若干。请利用上述实验器材，设计一个实验证明：“保持电阻阻值不变，在相同时间内通过电阻的电流越大，电流通过电阻产生的热量越多”。实验设计中可用煤油升高的温度Δt的大小表示电流通过电阻丝R产生热量的多少。请画出实验电路图，写出实验步骤，画出实验数据记录表格。
实验步骤：
（1）按照电路图连接电路，将滑动变阻器的滑片调到阻值最大的位置，观察并记录装置甲中温度计的示数t0。
（2）闭合开关S的同时按下停表开始计时，观察并记录电流表的示数I，通电3min，停止计时的同时观察并记录温度计的示数t，断开S。
（3）用装置乙、丙替换电路中的装置甲，改变滑动变阻器滑片的位置，观察并记录装置中温度计的示数t0，仍通电3min，仿照步骤（2），做两次实验，记录温度计的示数t和电流表的示数I。
（4）用△t= t- t0计算并记入表格。
实验数据记录表：
谢谢聆听！