13.4电流的热效应课件(共45张PPT)2023-2024学年度北师大版物理九年级全册

(共45张PPT)
第4节 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
电饭煲通电长可以将其中的生米煮熟
新课引入
电器通电后，将电能转化成哪种形式的能量？
1．通过生活实例，认识电流的热效应
2．通过实验探究，知道电流的热效应与导体的电阻、通过导体的电流、通电时间之间的定性关系
3．理解焦耳定律，会用焦耳定律进行计算
4．通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题
难点
重点
学习目标
一、电流的热效应
其他用电器工作过程中，是否也会产生热呢？
新知学习
思考
　　电流热效应： 电流通过导体时，导体会发热，这种现象叫作电流的热效应
思考
电流的热效应与哪些因素有关？
2.将电炉接入家庭电路后，电炉丝热得发红而导线却不太热，说明了什么？
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，甚至发生火灾，说明了什么？
电流的热效应可能还与电流的大小有关
1.手机长时间使用，发现机身会很热，说明了什么？
电流产生的热量可能与时间有关。
探究电流热效应与电阻大小的关系
实 验 1
因变量：
自变量：
怎样改变：
控制变量：
怎样控制：
选择两个阻值不同的电热丝
串联电路
秒表计时
怎样测量：
设计实验
电热
电阻
电流
通电时间
怎样测量电流通过导体时产生热量的多少
思考
通过液体中（等质量同种液体）温度计示数的变化反应电流通过导体产生热量的多少------转换法
如果有水和煤油，选择什么液体比较好？
选用煤油，煤油比热容较小，因为比热容越小，吸收同样热量温度上升越快，实验现象越明显
选择两个阻值不同的电热丝，在相同的时间内，通过大小相同的电流
比较使质量相同的同种液体温度升高的情况，判断哪个电热丝产生的热量多
实验结论
在电流大小和通电时间相同的条件下，容器内电热丝的阻值越大，煤油温度越高，表明电阻越大，电流产生的热量越多
进行实验
探究电流热效应与通过导体的电流的关系
实 验 2
因变量：
自变量：
怎样改变：
控制变量：
怎样控制：
并联，调节滑动变阻器
两个阻值相同的电阻丝
秒表计时
怎样测量：
观察液体中温度计示数的变化
设计实验
电热
电流
电阻
通电时间
选择两个阻值相同的电热丝，在相同的时间内，通过大小不同的电流
比较使质量相同的同种液体温度升高的情况，判断哪个电热丝产生的热量多
进行实验
在电热丝阻值和通电时间相同的条件下，通过容器内电热丝的电流越大，煤油温度越高，表明电流越大，电流产生的热量越多；
实验结论
探究电流产生的热量与通电时间之间的关系
实 验 3
根据生活经验，通电时间越长，电流通过导体产生的电热越多。
你能设计电热与通电时间关系的探究实验吗？
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。
对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，产生的热量越多。
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
电热
液面高度差
转换法
实验装置
加热空气，用空气膨胀程度反映电热
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
实验方案拓展
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
？
实验表明：导体的电阻越大，通过导体的电流越大，通电时间越长，电流的热效应就越显著。那么，电流产生的热量跟电流大小、导体电阻、通电时间这三个量之间有什么定量关系呢？
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12月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。
二、焦耳定律
内容：电流通过导体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：
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。
交流与讨论
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
1.电热的应用:
电热驱蚊器
电熨斗
电饭锅
电取暖器
电热器：利用电流来产生热量的设备
主要部件：发热体（电阻大、熔点高）
三、电热的利用和防止
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
板书
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
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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