18.4 焦耳定律 课件 (共27张PPT)2023-2024学年人教版物理九年全一册

(共27张PPT)
第4节 焦耳定律
第十八章 电功率
在我们生活中，用电器通电后都伴有热现象产生。电器的整体温度会升高，利用上述现象，制造出了许多生活电器：电炉、电熨斗、电饭煲、电暖气等。
1.能通过生活实例，认识电流的热效应。
2.经历科学探究过程，在实验的基础上引出焦耳定律，并会用焦耳定律进行计算。
3.通过学习电热的利用和防止，学会辩证地去看待问题。
任务一
电流的热效应
活动1：阅读课本P99页内容，回答问题。
电热水器
电炉
电烤箱
电饭锅
问题：这些家用电器的共同特点是什么？
共同特点是：电流通过导体时，电能要转化为热能，电器的内能增大。
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
活动2：观察下图结合生活中电热器工作时，导线和电器通过的电流是相等的，但是可以明显的发现导线几乎不发热。
导线几乎不发热
电阻丝热得发红
问题：根据活动提出一个有价值的探究问题，并说说你的猜想。
探究问题：电流通过导体时产生热的多少与什么因素有关？
猜想：
①通电时间越久产生的热量越多，可能与时间有关；
②导线与电炉丝的电阻不同，可能与电阻有关；
③也可能与通过的电流有关。
活动3：结合课本P99、100页演示实验，观看实验视频回答问题。
实验一：探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻的关系
实验二：探究电流通过导体时产生热量的多少与电流的关系
（2）实验中，通过观察管中液面上升的高度来比较电流产生的热量的多少。
问题1：交流讨论该实验需要用到什么实验方法？是如何比较电流产生热量的多少？
（1）控制变量法；转化法
问题2：课本P100页演示实验，在“探究电热与电流的关系”的装置中，右侧容器外部并联了一个电阻，有什么作用？
为了使通过左右容器内两个电阻丝的电流不相等。
实验一结论：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。
实验二结论：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。
问题3：小组观察实验视频现象，交流得出两个实验的实验结论。
问题4：交流设计实验“探究电流通过导体时产生热量的多少与时间的关系”。
结论：在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
电流：I
电阻：R
控制变量
通电时间：t1自变量
电热：Q1因变量
高度差：h1h1
h2
Q1
Q2
t1
t2
实验装置图：
活动小结
1.电流的热效应：
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
2.电流通过导体时产生热的多少与电阻、电流和时间有关。
①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。
②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。
③在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
任务二
焦耳定律
活动1：阅读课本P100页“焦耳定律”内容，思考问题。
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于电流、电阻和通电时间的关系。
问题1：与同学分享你对“焦耳定律”的理解。
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 = I2Rt。
电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热，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 = Pt = UIt = IR·It = I2Rt。
问题2：电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？
电线和电炉串联，通过它们的电流是一样的，而电炉的电阻比电线的电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同时间内电流通过电炉产生的热量比通过电线产生的热量大，因此电炉热而电线却不热。
活动2：利用“焦耳定律”进行计算。
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
Q = I2Rt
= (0.6A)2×60Ω×300s
= 6480J
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
解：I=
活动3：交流思考课本P101页“想想议议”。
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。
活动4：生活中电动机工作时，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）。
（相当于纯电阻电路）
电能（W） 内能（Q）+机械能（E）
W = UIt
Q =I2Rt
E=W–Q
当电动机通电但转子被卡住时，消耗的电能只会让电动机线圈发热，
此时，W =UIt=Q=I2Rt
问题：交流分析电动机工作时电能、内能和机械能间的关系。
例：某电动机上标有“220 V，2 A”它的线圈电阻为5 ，当它正常工作 1 分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？机械效率是多少？
解：消耗的电能：W总=UIt=220 V×2 A×60 s=26400 J
线圈中产生的热量：Q=I2Rt=(2 A)2×5 ×60 s=120 J
得到的机械能：W机=W总-Q=26400 J-120 J=25200 J
效率：η=100%=100%≈95.45%
任务三
电热的利用和防止
活动：阅读课本P101内容，思考问题。
用来加热
利用电热孵化器孵小鸡
问题1：列举生活或生产中利用电热效应的实例以及防止电热效应产生危害的实例。
（1）利用点热效应的实例：电暖器、电烙铁、电热毯等。
（2）放置电热的方法：电动机利用翼状散热片增大散热面积、计算机内的小风扇把热空气驱散。
问题2：在家庭电路中，又是导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是为什么？
答：导线相互连接的位置接触电阻大，因而电能转化为热的功率也较大，造成此处比别处更容易发热，加速老化甚至引起火灾。
1.图是课本“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气，电路正确连接后，通电进行实验过程中，下列说法正确的是 （ 　）
A．左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大
B．U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少
C．要保持两个电阻丝两端电压相等
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
B
2.将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是 （　　）
A．电冰箱产生的热量最多
B．电脑产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多
D．三者产生的热量一样多
C
3.小明家电饭锅的电源线坏了，他在网上新买了一根，使用时闻到橡胶的焦糊味，他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因可能是（　　）
A．电路的电压过高
B．新买的电源线过细
C．新买的电源线过粗
D．新买的电源线过短
B
总结：请画出本节内容的思维导图
焦耳定律
电流的热效应
焦耳定律
电热的利用和防止
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
电流通过导体时产生热的多少与电阻、电流和时间有关。
内容
公式：Q = I2Rt。
电能与电热