18_4焦耳定律(课件) (共42张PPT)【2023-2024年度人教版九全物理高效实用备课】

(共42张PPT)
人教九全物理同步精品课件
人教版九年级
第十八章 电功率
第4节 焦耳定律
学习目标
新课引入
新知学习
课堂小结
1
2
3
4
小唯的妈妈出门前嘱咐他好好写作业，不要玩电脑。妈妈回来时看到他在认真学习，很高兴，可是用手一摸电脑的主机就发现，小唯刚玩过电脑。你知道妈妈是根据什么判断的吗？
新课引入
生活中，许多家用电器接通电源后，都会产生热量，这些热量是从哪里来的？
给电炉通电一段时间后电炉丝变得非常热，可是跟它串联的电线为什么摸起来不是很热呢？
1．能通过生活实例，认识电流的热效应
2．能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算
3．通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题
重难点
学习目标
一、电流的热效应
事实表明，电流通过导体时，导体会发热，这种现象叫作电流的热效应
给电热水壶通电可以将冷水加热
给电烤箱通电可以将其中的面包烤熟
计算机主机长时间工作后外壳会发热
新知学习
猜想假设
电流的热效应与哪些因素有关？
2.电炉丝和导线串联接入电路，通过电炉丝和导线的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
电流的热效应可能与导体的电阻有关
3.电路发生短路时，电流很大，会把导线的绝缘皮烧掉，甚至发生火灾可能会引起火灾？
电流的热效应可能还与电流的大小有关
1.电熨斗通电时间过长，会产生过多的热量，烫坏衣服，说明了什么？
电流产生的热量可能与时间有关，时间越长，产生的热量越多
电热
液面高度差
转换法
实验装置
怎样判断电流通过导体时产生热量的多少
电流产生的热量(Q放)
热传递
盒内空气吸收
的热量(Q吸)
热膨胀
增大的体积
液面的高度差
转 换
思考
控制不变的量是：______ __________。
电流
通电时间
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
在通电时间和电流大小相同的情况下，电阻的阻值越大，产生的热量越多。
结论
探究电流热效应与电阻大小的关系
实 验 1
需要改变的量是：______ 。
电阻
如何实现呢？
探究电流热效应与通过导体的电流之间的关系
实 验 2
I2 = (1/2)I1
I1
A
R = 10 Ω
R = 10 Ω
R = 10 Ω
I2
在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。
结 论
控制不变的量是：_______ __________。
电阻
通电时间
需要改变的量是：______ 。
电流
如何实现呢？
10 Ω
10 Ω
实 验 3
同一个电阻通电的时间越长，液柱上升较高。
探究电流热效应与通电时间的关系
结论
在电流、电阻相同的情况下，通电的时间越长，产生的热量越多。
控制不变的量是：_______ ______。
需要改变的量是：____________ 。
通电时间
电阻
电流
现 象
10 Ω
二、焦耳定律
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。
公式：
Q = I2 R t
热量 电流 电阻 时间
J A Ω S
物理量：
单位：
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。
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
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。
想 想 议 议
对于纯电阻电路，即当电流通过导体时，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 =Q = 　　
U2
R
t
此时：Q=W=Pt=UIt =
U2
R
t
适用于纯电阻电路（只发热）
= I2Rt
电线和电炉串联，电流、时间都相同，而电炉的电阻比导线的电阻大的多，根据Q=I Rt可知，电流通过导线产生的热量少，因此电炉丝热而导线却不热
释疑
现在你能够回答：为什么电炉丝变得非常热，可是跟它串联的导线摸起来不是很热了吗？
在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是为什么？
导线相互连接处的电阻大。根据电流的热效应跟电阻大小的关系，接入电路的电阻越大，发热越多，温度越高，这样长时间工作会加速老化，甚至引起火灾。
思考
对于非纯电阻电路，即当电流通过导体时，如果电能一部分转化为内能，一部分转化为其他形式的能量　
电能
W = UIt
电热
Q = I Rt
其他形式能量
电能 W
内能Q
机械能E
电风扇
W = Q + E
UIt = I Rt + E
当电动机通电但电动机不转时，消耗的电能只会让电动机线圈发热，
（相当于纯电阻电路）
当电动机工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能（有用功），同时，电动机线圈也会发热（额外功）：
电能（W） 内能（Q）+机械能（E）
W = UIt
Q =I2Rt
E=W–Q
此时，W =UIt=Q=I2Rt
有关电动机的电热讨论
知识拓展
1.一根 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
I =
U
R
=
36V
60Ω
= 0.6 A
Q = I2Rt
= (0.6A)2×60 W×300 s
= 6 480 J
解：根据欧姆定律可知：
由焦耳定律可得：
已知电阻R、电压U、时间t，求产生的热量Q；
求热量则利用公式Q = I2Rt ，而I未知，则先利用I = 求I
U
R
针对训练
三、电热的利用和防止
1.电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡
用于加热
电热器都是利用电流的热效应工作的
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.电热的防止
电脑的微型风扇
电视机的后盖
各类用电器的散热
下列情况中不属于防止电热危害的是( )
A. 电视机的后盖有许多孔
B. 电脑机箱内有小风扇
C. 电动机外壳有许多散热片
D. 家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
D
针对训练
电热的利用和防止
焦耳定律
电流的热效应
焦耳定律
公式:
适用条件：
概念：
实质：
探究影响
电热的因素
电流通过导体时，导体发热的现象
电能转化为内能
方法：
因素：
转换法、控制变量法
电流、通电时间、电阻
Q = I2Rt
一切用电器和电路的热量计算
利用:
防止：
电热器
散热窗、散热片、电风扇
课堂小结
1.小华家里有1 000 W的电饭煲、500 W 的电熨斗、1 000 W 的电吹风各一个，使用时它们之间是________联的，若各自正常工作相同时间，则________产生的热量最多
并
电饭煲
随堂练习
2.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1210Ω，它的额定功率有多大？在额定电压下通电10min产生多少热量？
解:额定功率
产生的热量 Q=W=Pt=40W×10×60s=2.4×104J
3.如图所示是一直流电动机提升重物的装置。电源电压U=12V保持不变，已知电动机线圈电阻为1Ω，开关闭合后电动机匀速提升重物，此时，电流表读数为1A，电压表读数为3V，不计任何摩擦，求：
(1)1分钟内该电路消耗的总电能；
解：(1)1分钟内该电路消耗的总电能
(2)电动机的发热功率；
(2)电动机的发热功率
(3)当重物的质量超过一定数值时，电动机将无法转动，求此时电动机的电功率；
(3)根据欧姆定律可知，定值电阻的阻值是：
当电动机不转动时，相当于一个1 的电阻，由欧姆定律可得此时电路中的电流
电动机的功率是
(4)根据以上计算说明，为什么电动机不转时很容易被烧坏？
(4)电动机不转时，电流大大超过额定电流，根据Q=I2Rt可知，相同时间内电动机线圈产生过多的热量导致被烧坏
4.用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。
（1）烧瓶中装入的煤油是________（选填“导体”或“绝缘体”）。
（2）请根据实物电路，在虚线框图内画出对应的电路图。
R2
R1
绝缘体
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应______，通过R1的电流_________通过R2的电流。
（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明__________________________________________________。
相等
小于
R2
R1
电阻和通电时间不变，电流越大产生的热量越多
（5）小红用如左下图示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，右下图中能正确反映h–I关系的是_________。
A
（6）用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因。__________________________________________________________
__________________________________________________________。
不能。含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化为内能，即发热了，W=UIt＞Q=I2Rt
5. 小明家买了一台电烤箱，有低、中、高三个档位的发热功率，如图是其内部简化路图，开关S1可分别与触点a、b接触。已知：R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，电源电压保持不变。请分析和解答以下问题：
（1）当开关S1置于b端、S2断开时，电烤箱处于什么档位？简述理由。
（2）电烤箱在中档位工作时，消耗的电功率是多少？
（3）电烤箱在高档位工作时，对食物加热6min，消耗的电能为多少？
由 得
U不变，R最小
U不变，R最大
P最大
高温挡
P最小
低温挡
(P为电热器额定功率、U为额定电压、R为电路总电阻)
挡位判断的依据：
多挡位问题解题思路
看总电阻
知识拓展
＞ ＞ ＞
判断甲、乙、丙、丁四个电路的电功率大小（R1>R2）
电阻关系：
功率关系：
＞ ＞ ＞
R丁
R甲
R乙
R丙
P丁
P甲
P乙
P丙
题干信息：已知：R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，电源电压保持不变。
（1）当开关S1置于b端、S2断开时，电烤箱处于什么档位？简述理由。
解：(1)低档位。当开关S1置于b端、S2断开时，电阻R1与R2串联，电路中的电阻最大，由 可知，此时电功率最小，是低档位。
48.4Ω
96.8Ω
（2）电烤箱在中档位工作时，消耗的电功率是多少？
（2）当开关S1置于b端、S2闭合时为中档位，电烤箱消耗的电功率
电烤箱消耗的电能
W=P总t=1.5×103W×6×60s=5.4×105J
（3）当S1置于a端，S2闭合时，电烤箱在高档位，电阻R1与R2并联，电烤箱消耗的总功率
（3）电烤箱在高档位工作时，对食物加热6min，消耗的电能为多少？
48.4Ω
96.8Ω
谢谢
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