15.4 探究焦耳定律 (共42张PPT)-2023-2024学年沪粤版物理九年级上册课件

(共42张PPT)
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探究焦耳定律
导入新课
小明的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸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，小明刚看过电视。你知道他爸爸是根据什么判断的吗？
学习目标
1. 认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用。
2. 知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。
3. 知道焦耳定律，会运用焦耳定律进行简单的计算。
4. 电热的利用和防止
我们知道，导体中有电流通过时会发热。
例如，电热毯、电熨斗、电热水壶、电吹风、电暖器等用电器，它们通电后都会发热。
电油炸锅
电饭煲
电熨斗
电流通过导体，导体会发执的现象，叫做电流的热效应。
电烤箱
电烙铁
电热水壶
生活中利用电流热效应的用电器
优点：清洁、无污染、热效率高，便于控制和调节等。
缺点：浪费电能，造成电线老化,影响用电器使用寿命。
电流的热效应有什么利和弊？
那么，通电导体产生的热量跟哪些因素有关呢
通电导体放出
的热量跟哪些因素有关
灯泡通电后，在刚开始通电不是很热，可过了一会就很热，为什么？
导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？
电饭锅通电后为什么必须按下加热(煮饭)按钮开关才能煮熟饭？
观察与思考
根据生活中的经验，有同学猜想，通电导体产生的热量，跟导体的电阻和导体中的电流大小有关。你的猜想是什么
(1)可能与通电时间有关，因为通电时间越长，用电器产生的热量越多；
(2)可能与电阻有关，因为电炉丝发热，而跟电炉丝相连的铜导线却不太热；
(3)可能跟电流有关，因为常听说，电流大容易引发火灾。
电流通过导体产生的热量可能与哪些因素有关？
活动
探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关
实验装置如图15－10所示，甲乙两个锥形瓶中的电阻丝的电阻 R1、R2 分别为5 Ω和10 Ω，两个瓶内装有等量的煤油。
(1) 探究导体产生的热量跟电阳的关系。
某同学设计的实验电路图如图15－11所示。连接电路，进行实验。
实验电路图
通电前，先记下瓶中煤油的初始温度t0；
通电后，每经过相同时间(如1 min)，就读出两支温度计的示数，并将数据填写在表中。
温度t/C 电阻R/Ω t0 t1 t2 t3 t4
R1＝__________
R2＝__________
分析实验数据，可以得到实验结论：
当电流一定时，导体的电阻越大，产生的热量就_____________________。
越多
(2) 探究导体产生的热量跟电流的关系。
该同学选用乙瓶的电阻丝作为研究对象，并设计出如图15－12所示的电路图来进行探究。
你认为他的设计合理吗 你的方案是什么 请画出来比较，并根据实验方案进行实验。
分析实验数据，可以得到结论：
当电阻一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量____________________。
越多
(3) 实验还表明，通电时间越长，产生的热量越多。
综上所述，通电导体产生的热量跟导体的电阻、导体中的电流以及通电时间有关。
1. 对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。
2. 对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大越长，产生的热量越多。
3. 在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。
归纳与小结
焦耳定律
导体的电阻越大，通过导体的电流越大，通电时间越长，导体产生的热量越多，那么导体产生的热量和电阻、电流及通电时间之间有什么样的定量关系？
英国物理学家焦耳经过多年的研究，做了大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系：
电流流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，跟通电的时间成正比。
这个规律叫做焦耳定律。
如果用 Q表示电流流过导体时产生的热量，I表示导体中的电流，R表示导体的电阻，t表示通电时间，那么焦耳定律可以用公式表示为
Q ＝ I2Rt
上式中I的单位是A，R的单位是Ω ，t的单位是s，Q的单位是J。
想一想
焦耳定律是在实验的基础上总结出来的，你能由电功率公式把它推导出来吗 请试一试。
对于纯电阻电路，电流通过用电器产生的热量等于用电器消耗的电能，即Q＝W，根据W＝Pt＝UIt ＝IRIt ＝ I2Rt，可得W＝I2Rt，则Q＝I2Rt，这个公式是焦耳定律的公式。
例 题
某电热器接在220 V的电源上，其电阻是100Ω，则通电8 min能产生多少热量
已知：U＝220 V，R＝100 ，t＝8min＝480s。
求：Q＝
解：根据已知条件，由欧姆定律，得
I＝ ＝ ＝2.2A，
将I的值代入焦耳定律的公式，得
Q＝I2Rt ＝(2.2 A)2×100 Ω×480s≈2.3×105J
答：这个电热器通电8 min产生的热量为 2.3×105 J。
上面的解法是先求出电流，再用焦耳定律的公式求解。能否不通过求电流来解这个问题呢
电热器是纯电阻电路，所以根据焦耳定律的变形公式可计算其产生的热量：
Q＝W ＝ t ＝ ×8 ×60s ≈2.3 ×105J
答：通电8min能产生2.3 × 105J的热量。
如图所示，电吹风工作时，消耗了1000J的电能，电流在电阻线上产生的热量等于1000J吗？
电热与电功的关系
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 (即纯电阻电路)，如：电暖器，电饭锅，电炉子等。
而电吹风工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：电能＝内能＋机械能，即W＞Q热。
电流热效应的应用与控制
电流通过导体，导体会发热的现象，叫做电流的热效应。
电流热效应的应用很广泛，如电熨斗、电热水壶、电吹风、电饭煲等都用到了电流热效应的原理。
有些用电器为了避免因温度过高而影响正常工作，采取了散热措施。
装有散热装置的用电器
(a)电视机
(b)笔记本电脑
(c)电冰箱
你知道如图所示的用电器是怎样散热的吗 你还知道哪些用电器采取了散热措施 它们分别安装了什么样的散热装置
电热的危害
烧坏电器
导线绝缘皮老化引起火灾
S T S
发热材料 PTC
PTC 是一种半导体陶瓷材料，它是以铁酸钡为主，掺入多种物质后加工而成的。它的发热效率较高，目前家用的陶瓷暖风机、陶瓷电热水壶等都使用了这种材料。
(a) 陶瓷暖风机
(b) 陶瓷电热水壶
PTC的应用
PTC 有一个人为设定的温度。低于这个温度时，其电阻值随温度升高而变小；高于这个温度时，其电阻值则随温度升高而变大。利用这种特性，可以自动调节电热器的温度与电功率。
本课小结