15.4探究焦耳定律课件(共45张PPT)2023-2024学年度粤沪版物理九年级上册

(共45张PPT)
第4节 探究焦耳定律
新课引入
小猫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，小猫刚玩过电脑。你知道妈妈是根据什么判断的吗？
使用中的灯泡
电能——光能 、热能
如图：用电能表测得这只灯泡在1h使用了1000J的电能，那么它发出的光能就是1000J吗？
发光一段时间之后的灯泡会有什么感觉？能的转化如何？
摸一摸
想一想
会感觉烫手
使用中充电头
电流传输作用
如右图：一边充电，一边使用用电器，过一段时间之后，会发现充电头上很烫 .
为什么会出现这种情况？
想一想
生活举例
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？
学习目标
1.了解焦耳定律，用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象
2.知道电流的热效应及其在实际中的应用与控制
重点
重点
探究一 通电导体放出的热量跟哪些因素有关
新知学习
探究一 通电导体放出的热量跟哪些因素有关
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
猜想假设
通电导体产生的热量与哪些因素有关？
1.电热水壶把水烧开需要一段时间，说明什么？
通电导体产生的热量与通电时间有关，时间越长，产生的热量越多
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？
通电导体产生的热量可能与导体的电阻大小有关
3.电路发生短路时，电流很大，可能会引起火灾？
通电导体产生的热量可能还与电流的大小有关
怎样判断电流通过导体时产生热量的多少
思考
方案一： 给密闭容器内的空气加热，通过观察 U形管中液柱的高度差来比较导体产生热量的多少.
电热
液面高度差
转换法
实验装置
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
方案二： 利用电热器加热质量相同的同种液体，通过液体温度升高的情况，判断通电导体产生热量的多少
电流产生的热量(Q放)
热传递
瓶内液体吸收
的热量(Q吸)
热膨胀
液体升高的温度
温度计的温度差
转 换
电热
液体温度差
转换法
如果选用方案二，对于液体的选取有什么要求 为什么？
思考
因为比热容越小，吸收同样热量时，液体温度上升得快，实验现象越明显.
选用比热容较小的液体 (如煤油 )
控制不变的量是：______ __________。
电流
通电时间
R1 = 10 Ω
R2 = 15 Ω
A
结论：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。
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
结论：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。
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？
实验1：在电流大小和通电时间相同的条件下，导体的电阻值越大，产生的热量就越多；
实验2：在导体的阻值和通电时间相同的条件下，通过导体的电流越大，导体产生的热量就越多；
实验结论：
在两次实验过程中，随着加热时间的延长，液体温度升高得越多，表明在电流大小和导体的阻值相同的条件下，通电时间越长，导体产生的热量就越多
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
通电导体产生的热量跟导体的电阻、导体中的电流以及通电时间有关；且电阻越大，电流越大，通电时间越长，则产生热量越多.
？
那么热量与电阻、电流、通电时间是简单的正比关系吗？
问题与思考
问题与思考
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.
探究二 焦耳定律
1.内容：电流流过导体时产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。这个规律叫做焦耳定律
2.公式：
Q = I2 R t
J A Ω S
3.单位：
探究二 焦耳定律
热量=电流2×电阻×时间
Q I R t
固定单位
4、理论推导：电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热能，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：
如果电路是非纯电阻电路，焦耳定律是否适用？
思考
Q= W = Pt = UIt = IR·It = I2Rt
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E
电能 W
内能Q
机械能E
电流
扇叶转动
　W ≠ Q
I ≠
U
R
电风扇
W = Q + E
UIt = I Rt + E
如果在通电时扇叶没有转动，会发生什么？
思考
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）
此时，W =UIt=Q=I2Rt
此时很容易引发安全事故，因此，严禁这种情况出现
温馨提示
不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，对于求热量和消耗电能，Q =I2Rt 和 W =UIt 总是成立的.
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
探究三 电流热效应的应用和控制
探究三 电流热效应的应用和控制
1.电流热效应的应用
2.电热的防止
有些用电器为了避免因温度过高而影响正常工作，采取了散热措施。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；冰箱压缩机需要及时散热等等。
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
课堂小结
焦耳定律
电流的热效应
焦耳定律
电热的利用和防止
定义
电流通过导体时，导体发热的现象
实质
电能转化为内能
探究影响
电热的因素
方法
转换法、控制变量法
因素
电流、通电时间、电阻
公式
Q = I2Rt
适用条件
一切用电器和电路的热量计算
利用
电热器
防止
散热窗、散热片、电风扇
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.某一阻值为R的电阻，通过的电流为I时，在t时间内产生的热量是Q.则当另一阻值为2R 的电阻，通过的电流是2I 时，在同样的t时间内产生的热量为( )
A.2Q B.4Q C.8Q D.16Q
C
Q=I2Rt
3.如图所示的电路中，R1 ＝ 2 Ω，R2=4 Ω，闭合开关S 后，电流表的示数为0.50 A，求：
(1)电路的总电阻；
解：由电路图可知，R1、R2 串联，电流表测电路中的电流，电压表测电源电压
(1)电路的总电阻R ＝R1+R2＝ 2 Ω+4 Ω ＝ 6 Ω
(2)电压表的示数；
解：电压表的示数U ＝ IR ＝ 0.5 A×6 Ω ＝ 3 V
(3)电阻R2 在1 min 内产生的热量。
解：t ＝ 1 min ＝ 60 s
电阻R2 在1 min 内产生的热量Q ＝ I2R2t ＝(0.5 A)2×4 Ω×60 s ＝ 60 J
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