18.4焦耳定律（课件）(共33张PPT) -2023-2024学年九年级物理全一册同步精品备课一体化资源（人教版）

(共33张PPT)
第4节 焦耳定律
第十八章 电功率
人
教
版
2012版
学
习
目
标
1.知道什么是电流的热效应；
2.通过探究知道电热的多少与电流的大小、导体电阻的大小和通电时间有关；
3.知道焦耳定律的内容并会利用它进行计算；
4.能举例说出电热的利用与防止。
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真暖和！
电流的热效应
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生（图18.4-1）。电流通过导体时 能转化成 能，这种现象叫做 。
电
内
电流的热效应
理解:电流的热效应是一种普遍现象，只要用电器对电流有阻碍作用，电流流过用电器时就会发热,就会有电能转化为内能。
利用电流热效应工作的用电器的用电器叫 ，例如电烙铁、电取暖器、白炽灯等
白炽灯通电后，电产生的热把灯丝加热到炽热状态，利用热辐射发出可见光照明。
电流的热效应
电热器
电流的热效应
在研究电流的热效应时，有个问题值得我们思考：电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同。
为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
换句话说，电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
电流的热效应
为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换句话说，电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
实验 探究影响电流热效应的因素
[提出问题]
电流通过导体时产生的热的多少可能与通过它的电流Ⅰ有关，还可能与导体的电阻R和通电时间t有关。
[猜想假设]
电流通过导体产生的热量与多个因素有关，所以需要采用控制变量法。
电流的热效应
[设计并进行实验1]
如图18.4-2 所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。
利用了气体受热膨胀，体积变大的规律。
实验1 探究电流通过导体时产生热的多少与电阻的关系
两容器中的电阻丝 起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？
电流的热效应
通过U形管液面高度差反映电流产生热量的多少是转换法的应用。
控制电流相同。
串联
将两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通电一段时间后,发现右边U形管中两边液面高度差大于左边U形管中两边液面高度差。
电流的热效应
[实验现象1]
实验表明，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。
[实验结论1]
电流的热效应
实验2 探究电流通过导体时产生热的多少与通电时间的关系
在实验1中,继续通电一段时间,两个U形管中液面的高度差都增大。
[实验现象2]
[实验结论2]
说明在电流、电阻相同的情况下,通电时间越长,电流通过这个电阻产生的热量越多。
实验注意事项：
实验开始前要检查装置的气密性;
实验开始前要让两U形管中左右两侧的液面相平;
做完前两个实验后,要停一段时间,让密封容器中的温度降低到室温后再做第3个实验。
电流的热效应
电流的热效应
实验3 探究电流通过导体时产生热的多少与电流的关系
[设计并进行实验2]
如图18.4-3 所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻 ，因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？
分流
并联
接通电源,在电阻、通电时间相同的情况下,左边U形管中两边液面高度差大于右形管中两边液面高度差。
[实验现象3]
电流的热效应
实验表明，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。
[实验结论3]
电流通过电阻丝产生的热量与导体本身的电阻、通过导体的电流以及通电时间有关。导体的电阻越大,通过导体的电流越大,通电时间越长，电流产生的热量越多。
[归纳总结]
电流的热效应
例题1
1．小明和小丽利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。
（1）如图所示，质量相等的两瓶煤油中都浸泡着材料与长度均相同的金属丝，已知R甲较小，则两根金属丝中横截面积较大的是
（选填“甲”或“乙”）；
甲
（2）实验中，小明和小丽发现乙烧瓶中温度计的示数升高较快，这表明：在 及通电时间相等的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多；
（3）小明提议利用该装置改做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他们应将其中一烧瓶中的煤油换成质量、温度均相等的水，并使甲、乙两烧瓶中金属丝的电阻 （选填“相等”或“不相等”）；水和煤油吸热的多少是通过 来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”），该处用到的研究方法是 。
电流
相等
加热时间
转换法
例题1
解析：（1）[1]电阻的大小与材料、长度、横截面积三个因素有关，两电阻材料和长度相同，已知甲电阻比乙电阻小，所以甲金属丝的横截面积大。
（2）[2]由电路图可知，两电阻串联，电流、通电时间相等，由焦耳定律得，电阻大（乙瓶中的金属丝电阻大）的在相同时间产生的热量多。
（3）[3]要比较水和煤油的比热容大小，根据控制变量法和，要控制水和煤油的质量、初温以及吸收的热量相
同。要保持吸收的热量相同，就要保证电热相等，因此要保证电热丝的阻值相同，因此应使甲、乙两烧瓶中金属丝的电阻阻值相等。
[4]此实验中水和煤油吸收热量的多少是通过加热时间来反映的，加热时间越长，水和煤油吸收的热量越多。
[5]实验中使用了转换法，将吸收热量的多少转换为加热时间的长短。
例题1
焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系：
1.焦耳定律：
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成 比，跟导体的电阻成 比，跟通电时间成 比。这个规律叫做 。
正
正
正
焦耳定律
2.公式：
焦耳定律
必须用国际单位
3.适用范围:公式是由实验总结出来的,只要有电流通过导体,都可以用焦耳定律来计算产生的热量
求电流产生的热量时Q=Rt适用于所有电路，Q= 适用于纯电阻电路。
单位：焦耳（J）
热量
Q=Rt
电流
单位：安培（A）
时间
单位：秒（s）
电阻
单位：欧姆（Ω）
焦耳定律
4.焦耳定律公式的理论推导：
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 = 。再根据欧姆定律U = ，就得到Q = 。可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。
学过了焦耳定律，你能回答这一节开始时提出的问题吗
UIt
IR
Rt
纯电阻电路。
原来，电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前面的学习我们已经知道，导线的电阻很小，1 m长的电线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻可达几十欧姆到上百欧姆。所以，当通过的电流相等时，电炉丝很热，而导线却不热。
焦耳定律
焦耳定律
课本例题：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？
解：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流。
I = = = 0.6 A
再用焦耳定律公式计算电流产生的热量。
Q = Rt =×60 Ω×5×60 s = 6 480 J
焦耳定律
项目 电功(W) 电热(Q)
区别 项目 电流所做的功 电流通过导体时所产生的热量
单位 J或kW·h J
决定式 W=UIt
推导式（纯电阻电路）
联系
计算电功只能用W=UIt；
计算电热只能Q=Rt。
例如电流流过电动机时，大部分电能转化为机械能，还有一小部分电能转化为内能，此时W=W机械+Q
无论是串联电路还是并联电路，电路产生的总热量一定等于各用电器产生的热量之和。即Q总=Q1+Q2+…+Qn
焦耳定律
答：二者并不矛盾，因为两种说法的前提条件不同：1.在时间、电压相同时，由欧姆定律I=焦耳定律Q=Rt可得Q=,因此电阻越小，产生的热量越多；2.在时间、电流相同时，有Q=可知，电阻越大，产生的热量越多。
2．电动自行车的电动机正常工作电压为36V，正常工作时通过电动机线圈的电流为4A，电动机的线圈电阻为1.2Ω，5min内电流通过线圈产生的热量为 J，电动机消耗的电能为 J。
例题3
5760
例题3
解析：[1]5min内电流通过线圈产生的热量
[2]电动机消耗的电能
电热的利用与防止
1.电热的利用：
生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器（图18.4-4），都是利用电热的例子。
电热的利用与防止
2.电热的防止:
但是，很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。电视机的后盖有很多孔，就是为了通风散热，使用时一定要把防尘的布罩拿开。电脑运行时温度会升高，需要用微型风扇及时散热。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。
3．电流的热效应在生产和生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害。下列事例中属于防止电热危害的是（　　）
A．用电熨斗熨衣服
B．孵化家禽的电热孵卵机
C．输电线常采用铜线或者铝线作为芯线
D．家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
例题3
C
例题3
解析：A．用电熨斗熨衣服时，将电能转化为内能才得以使用，不属于防止电热危害，故A不符合题意；
B．孵化家禽时是需要一定温度的，使用电热孵卵机就是利用电流做功放热，确保在孵化过程中保持一定温度，故B不符合题意；
C．输电线常采用铜线或者铝线作为芯线，是因为铜和铝都具有良好的导电性和较小的电阻，电阻越小，通电时放出热量越少。这属于防止电热危害的利用，故C符合题意；
D．家电长时间停用，隔一段时间应通电一次的目的是为了通过电流做功放热防潮，故D不符合题意。 故选C。
18.4焦耳定律
影响电热的因素
电流的热效应
课堂小结
Q=Rt
电阻、电流、时间
焦耳定律
电热的利用与防止