16.4 科学探究电流的热效应教案 2023-2024学年度沪科版物理九年级上册

第四节　科学探究:电流的热效应
1.知道电流的热效应。
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.了解生产和生活中如何利用电流的热效应来为人类服务,了解电流热效应带来的危害及防止的措施。
4.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其简单应用。
重点:通过实验探究电流的热效应与哪些因素有关,并运用其解决简单问题。
难点:通过实验探究电流的热效应与哪些因素有关,并运用其解决简单问题。
【新课导入】
图片导入
观察下面四个电器:
(1)图中四个用电器通电时都会产生什么现象
(2)说明电流在工作过程中消耗的电能转化成了什么能
今天我们就一起来探讨电流经过用电器时产生的热量与什么因素有关。
情境导入
通过教材中的问题“为什么电炉丝通过导线接到电路中,电炉丝热得发红,导线却不怎么热 ”提出下面要研究的课题:电流通过导体产生的热量的多少跟什么因素有关
【课堂探究】
如图所示,电暖器在通电后,金属颜色变红,会产生热量,用来供暖,请思考讨论电流产生的热量与哪些因素有关呢
1.电流的热效应
(1)定义:电流通过用电器时　电能转化为内能　的现象叫电流的热效应。
(2)应用:电热器是利用电流的　热效应　制成的加热设备,如:　电热水器、电炉子、电饭锅、电熨斗、电热毯　等。
2.实验探究电流产生的热量与哪些因素有关
(1)提出问题:　电流产生的热量与哪些因素有关
(2)作出猜想:电流通过导体产生的热量的多少可能与　通电时间、电流大小、电阻大小　有关。
(3)实验方法
当一个物理量可能与多个因素有关,应用　控制变量　法去探究;在控制变量的基础上,我们通过观察比较　温度计升高的度数　来判断电流产生热量的多少,这种方法叫　转换法　。
(4)本实验中用　电流表　、　秒表(停表)　、　温度计　这些器材去测量本实验中相应的物理量。
(5)电流产生热量与通电时间关系的探究
①根据实验实际操作情况完成教材130页数据表格;
②结论:对同一电阻丝,在电流大小不变的情况下,通电时间越长,煤油的温度越　高　,表明电流产生的热量越　多　。
(6)电流产生热量与电流大小关系的探究
①根据实验实际操作情况完成教材131页数据表格;
②结论:对同一电阻丝,在通电时间相同的情况下,通电电流越大,煤油的温度越　高　,表明电流越大,电流产生的热量越　多　。
(7)电流产生热量与电阻大小关系的探究
①根据实验实际操作情况完成教材132页数据表格;
②结论:在通电电流大小不变,通电时间相同的情况下,电阻越大,煤油的温度越　高　,表明电阻越大,电流产生的热量越　多　。
3.焦耳定律
阅读教材132页“焦耳定律”部分。
(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　,
Q表示产生的　热量　,单位是　J　;I表示通过导体的　电流　,单位是　A　;R表示　导体电阻　,单位是　Ω　;t表示　通电时间　,单位是　s　,计算时单位要统一。
(3)热量的计算
【例题】 如图所示电路中,灯泡L上标有“12 V　3 W”字样,R为定值电阻。闭合开关S后,灯泡L恰好正常发光,电流表的示数为0.45 A。通过计算回答:
(1)灯泡L的额定电流是多少
(2)定值电阻R的阻值是多少
(3)该电路工作5 min,定值电阻R产生的热量是多少焦
解析:(1)根据公式P=UI得,灯泡L的额定电流IL===0.25 A。
(2)因R与L并联,且L正常发光,所以电源电压U=UL=UR=12 V,
通过定值电阻R的电流
IR=I-IL=0.45 A-0.25 A=0.2 A,
根据公式I=得,
R===60 Ω。
(3)t=5 min=300 s,定值电阻R产生的热量
Q=Rt=(0.2 A)2×60 Ω×300 s=720 J。
答案:(1)0.25 A　(2)60 Ω　(3)720 J
1.下列措施中,属于利用电流热效应工作的是(B)
A.电视机的后盖有很多孔
B.电熨斗通电后发热可以熨平衣物
C.与空调相连的导线很粗
D.电脑的主机中安装微型风扇
2.一台电动机正常工作时线圈两端的电压为 380 V,线圈电阻为2 Ω,线圈中电流为10 A。这台电动机正常工作1 s消耗的电能为W,产生的热量为Q,则(A)
A.W=3 800 J,Q=200 J
B.W=3 800 J,Q=3 800 J
C.W=72 200 J,Q=200 J
D.W=72 200 J,Q=3 800 J
3.下列电路中,已知R1,R2为加热电阻,电源电压相等,且R14.电阻R1=20 Ω和电阻R2=30 Ω串联在电路中,经过一段时间它们产生的热量之比为(C)
A.1∶1 B.3∶2 C.2∶3 D.4∶9
5.如图所示,甲、乙两个瓶中的电阻丝R1,R2分别为5 Ω,10 Ω,两瓶内装有初温相同的等质量的煤油,将R1,R2串联并通电一段时间,读出甲、乙中两支温度计的读数。这是探究(B)
A.电热与电流的关系
B.电热与电阻的关系
C.电热与通电时间的关系
D.电热与电压的关系
6.小丽在研究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关时,用了停表和如图所示的实验装置。其中甲、乙两个相同的烧瓶内装有质量、初温均相同的煤油,瓶塞上各插一根玻璃管,瓶内各装一个阻值不同的电阻丝R1,R2;实验时她进行了下列实验操作步骤:
①将电阻丝R1,R2串联在电路中,标出烧瓶中两根玻璃管内液面的位置,闭合开关后,记下电流表的示数I1,经过时间t0后,标出两根玻璃管内液面的位置;
②断开开关,等两根玻璃管中的液面降回到原来的位置,减小滑动变阻器连入电路中的阻值后,再闭合开关,记下电流表的示数I2,再经过时间t0后,标出两根玻璃管内液面的新位置。
请完成下列问题:
(1)根据步骤①可以探究电流通过导体产生热量的多少与　电阻大小　是否有关。
(2)通过比较步骤①②中　甲(或乙)烧瓶内玻璃管两次液面高度差　可得出电流产生热量的多少与电流大小有关。
(3)该实验中反映电流通过导体产生热量的多少,所采用的物理方法有　B　。
A.等效替代法和放大法
B.放大法和转换法
C.控制变量法和等效替代法
7.
如图所示的电路中,定值电阻R1=150 Ω,R2=300 Ω。闭合开关S后,电流表A2的示数为5 mA。求:
(1)电阻R1两端的电压为多少
(2)电流表A1的示数为多少
(3)电路工作5 min,R1产生的焦耳热是多少
解析:(1)因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,由I=可得,电阻R1两端的电压
U1=U2=I2R2=5×10-3 A×300 Ω=1.5 V。
(2)通过R1的电流
I1===0.01 A=10 mA,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,电流表A1的示数
I=I1+I2=10 mA+5 mA=15 mA。
(3)电路工作5 min,R1产生的焦耳热Q1=R1t=(0.01 A)2×150 Ω×5×60 s=4.5 J。
答案:(1)1.5 V　(2)15 mA　(3)4.5 J
　　
1.有利的电流热效应
例如电炉通电后,电炉丝变得发红;电饭锅通电以后,可以把生米煮成熟饭。这些都是电流热效应的有利应用,这些设备还包括电热水器、电烤箱等等。
另外它的有利应用在工业中也是非常广泛,主要也是用来制造热量。
2.电流热效应的危害
当大电流通过导线而导线又不够粗时,就会产生大量的热量,破坏导线的绝缘性能,从而导致多条导线的线路出现短路,引发电气火灾。为了避免导线过热,有关部门对各种不同截面积的导线缆规定了最大允许电流(安全电流)。
短路电流的热效应是酿成电气火灾的主要原因。因为短路电流很大,通常为工作电流的几倍,甚至几十倍,足以引燃短路点周围的可燃物质,从而导致电气火灾的发生。现在电工在一些电路设计及施工中,采取电气火灾监控系统来尽量减少和控制此类事件的发生及影响。
一些大功率电子元器件在工作中要发热,电动机、变压器等在运行中会产热升温,这也是电流热效应引起的,温度过高会危及这些设备的安全,所以一般要想方设法采取散热措施,以便延长设备的使用寿命。