人教版九年级物理 第十八章第4节 焦耳定律学案(含答案)

第4节 焦耳定律
学习目标
1．知道电流的热效应，知道利用和防止电热的场合和方法。
2．能理解焦耳定律的内容、公式、单位。并且会运用公式进行简单的计算。
3．知道科学研究中常用的转换法和控制变量法在本节实验中的运用。
重点难点
重点：电流产生的热量跟电阻、电流、通电时间的关系。
难点：理解焦耳定律。运用公式进行简单的计算。
导学过程
自主学习
1. ，这个现象叫做电流的热效应。
2.电流通过导体产生的热量跟 成正比， 成正比，
成正比，这个规律叫做焦耳定律。
3.焦耳定律的表达式是： 。
合作探究
探究点一 电流的热效应
（一）知道电流的热效应
1．根据课本图思考：使用这些用电器时，用电器所产生的热是由 转化来的。
2．你能说出什么是电流的热效应吗？
。
3．电流的效应有哪些？
思考：为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
（二）学习与探究：探究电流产生的热与什么因素关
通过实验探究影响电流通过导体产生的热与什么因素有关体会控制变量法和转换法。
猜想：电流产生的热与 、 、 有关。
思考：怎样判断电流通过导体时产生热的多少？
提示：电流热效应我们不方便比较，但是可以通过电流通过导体时产生的现象直观的比较热效应的强弱，这种研究问题的方法叫转换法。
探究一：电流产生热的多少与导体电阻的关系
思考：为探究电流产生的热与电阻大小的关系，应让 、 保持不变，让 发生变化，(为此，应选择两个阻值 同的定值电阻，设计一个 联电路 )通过观察 来判断电流产生热的多少。
请在下面的方框内设计实验电路图：
分析论证：
如果二者温度相同，则热效应与电阻 。
如果二者温度不同，则热效应与电阻 。
结论：
探究二：电流产生热的多少与电流大小的关系
思考：为探究电流产生的热与电流大小的关系，应让 、 保持不变，让 发生变化，(怎样设计电路) 通过观察 来判断电流产生热的多少。
请在下面的方框设计实验电路图：
分析论证：
如果二者温度相同，则热效应与电流 。
如果二者温度不同，则热效应与电流 。
结论： 。
探究点二 焦耳定律
阅读课本“焦耳定律”部分，完成以下问题：
1．英国物理学家 在大量实验的基础上最先确定了电流产生的热跟电流、电压和通电时间的定量关系。
2．焦耳定律的内容是
。
3．公式： Q =I2Rt 。
Q表示产生的______________，单位是______________；
I表示通过导体的__________，单位是______________；
R表示 ，单位是______________；
t表示____________ ，单位是______________；
4．电流通过导体时，电流消耗的电能全部转化为热即没有同时转化为其他形式的能量，此时电流产生的热与消耗的电能_________。即Q W=UIt
交流讨论：为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
电炉丝和导线是串联接入到电路里，电炉丝和导线通过的电流 ，但电炉丝的电阻 导线的电阻，根据 ，在通电时间相同时，电炉丝产生的热远大于导线产生的热，所以电炉丝很热而导线却不热。
补充说明：纯电阻电路和非纯电阻电路
电灯、电炉子、电风扇、电冰箱、电视机、电饭锅、电烙铁以上用电器工作时把电能全部转化为热的有 ，这样的用电器称为纯电阻电路，计算时消耗的电能W和电流产生的热 ，即Q=W=Pt。还有的用电器没有把电能全部转化为热例如 ，我们把这样的用电器叫非纯电阻电路。
非纯电阻电路计算电热时我们只能用焦耳定律Q= 来计算。
探究点三 电热的利用和防止
阅读“电热的利用和防止”部分内容，回答：
1．电热器是利用电流的_______________制成的加热设备，如：电热水器、_______________电热毯等。
2．电热的防止：在用电器上开散热窗、加散热片、安装_______________，都是为了_______________。
当堂检测
1．如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是( )
A．B． C． D．
2．如图是探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关的实验装置，将两根阻值不等的电阻丝R1、R2串联后分别放入两个透明容器中，并封闭等量的空气。通电前，A、B两个U形管内的液面相平，接通电源一分钟后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则（ ）。
A．I1>I2，A管中的液面较高
B．I1C．I1=I2，A管中的液面较高
D．I1=I2，A管中的液面较低
3．如图所示，将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中，通电一段时间后体积变化最大的气球是（　　）
A．a B．b C．c D．三个相同
4．甲乙两电阻串联在电路中，闭合开关后，发现甲产生的焦耳热比乙产生的焦耳热多，则以下说法错误的是（　　）
A．通过甲的电流大 B．加在甲两端的电压大
C．通过两电阻的电流一样大 D．甲的电阻比乙的电阻大
5.电炉通电一段时间后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却几乎不发热，这主要是因为（　　）
A．通过导线的电流大于通过电炉丝的电流
B．导线的电阻远大于电炉丝的电阻
C．通过导线的电流小于通过电炉丝的电流
D．导线的电阻远小于电炉丝的电阻
6.电风扇正常工作的同时要产生小部分热量，这是电流的_____ 效应，一台标有“220V、110W”的电风扇，线圈电阻是2Ω，工作1min消耗的电能是_____J，产生的热量是_____J。
7．如图所示，当开关S断开，甲、乙两表均为电流表，若两表示数之比I甲：I乙=1：4，R1：R2=______；当开关S闭合，甲、乙两表均为电压表时，则两表示数之比U甲：U乙=______；相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2=______。
8．在探究影响电流热效应的因素的实验中：
(1)为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了甲图装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较______，来判断相同时间内不同电流产生的热量多少，下面的探究实例中，也是采用这种研究方法的是______；
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻
C．在探究影响动能大小因素的实验中，小车动能的大小通过木块移动的距离来比较
(2)小明先测量烧瓶内煤油的温度后，闭合开关，通电30 s再测量烧瓶内煤油的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据（见下表）：
实验次数 电流/A 通电时间/s 电阻/Ω 温度升高量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出：同一导体，在通电时间相等时，电流______，其产生的热量______；
(3)若要探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，可选择乙图中______（填A或B）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻______（填串联或并联）；（本题中，三个烧瓶中的液体质量相等）
(4)小明提议利用上述实验装置改做比较水和煤油比热容的大小的实验，则他应选择乙图中______（填A或B）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成______。
9．如图甲所示，是某电饭煲的铭牌，图乙是其电路原理图．试求：
（1）在电饭煲中装满20℃的水，将其接入家庭电路中加热至沸腾，需要吸收多少热量？（1标准大气压下）[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
（2）加热过程中，消耗的电能是多少？
（3）R2的阻值是多大？
参考答案
1.C
2.D
3.B
4.A
5.D
6.热 6600 30
7.
8.温度计示数的变化 C 越大 越多 B 串联 A 等质量的水
9.解：（1）由电饭煲的铭牌可知，水的体积，根据密度公式可知，水的质量，因此，根据吸热公式得，水烧开水吸收的热量为：
（2）由电饭煲的铭牌可知，，根据可得，水吸收的热量为：1.008×106J，将水烧开消耗的电能：
（3）由图乙可知，开关S与触点a连接时，只有电热丝R1接入电路，此时电饭煲处于加热状态，其加热功率为，因此根据可得，
当开关S与触点b连接时，电热丝R1和R2串联接入电路，此时电饭煲处于保温状态，其保温功率为，所以根据可得，，
【点睛】在解决这类高低温档的问题时，首先解决电路怎样连接时，处于高温档；怎样连接时，处于低温档；然后运用等公式来计算．
我的收获