18.4 焦耳定律 学案（有答案） 2023-2024学年物理人教版九年级全一册

18.4　焦耳定律
素养目标
1.通过生活实例认识电流的热效应。
2.能设计实验探究并引出焦耳定律,会用焦耳定律进行计算。
3.通过学习电热的利用和防止,培养辩证看问题的思维方式。
◎重点:研究电热与电阻、电流、通电时间的定性关系,焦耳定律的理解及应用。
评价任务
通过任务驱动一、二完成目标2和重点的学习。
【预习导学】
生活中的物理
电炉通电后,电炉丝热得发红,用手触摸下导线,却是凉的。
问题:电流通过导线流入电阻丝,通过导线的电流和电阻丝的电流是一样的,为什么电阻丝热得发红,而导线却不热呢
重点梳理
知识点一 电流的热效应
1.电流的热效应:电流通过导体时,电能转化为 的现象。
2.导体产生热量多少的影响因素
电流通过导体时,导体产生热量的多少与通过导体的电流、导体的电阻、通电时间有关。
(1)在 相同、 相同的情况下,电阻越大,这个导体产生的热量越 。
(2)在 相同、 相同的情况下,通过导体的电流越大,这个导体产生的热量越 。
(3)在电流相同、导体电阻相同的情况下, 越长,这个导体产生的热量越 。
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比较导体产生热量多少的方法:(1)在导体电阻、通电时间相同时,比较流过导体的电流,通过电流大的导体产生的热量多;(2)在通过导体电流、通电时间相同时,比较导体的电阻,电阻大的导体产生的热量多;(3)在通过导体电流、导体电阻相同时,比较通电时间,通电时间长的导体产生的热量多。
【答案】1.内能
2.(1)电流　通电时间　多
(2)电阻　通电时间　多
(3)通电时间　多
对点自测
1.小明同学为了探究电流产生的热量与什么因素有关,设计了如图的实验装置。甲、乙两个透明容器中封闭着等量的空气,U形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化情况。两个密闭容器中都有一段用于加热的电阻丝,将两电阻丝串联起来接到电源两端,利用这套装置可探究相同时间内,电流产生热量与 的关系。通电相同的时间后,容器 中电阻丝放热较多。
【答案】1.电阻　乙
知识点二 焦耳定律
1.内容:电流通过导体产生的热量跟 成正比,跟导体的 成正比,跟 成正比。
2.定义式及单位:
①公式: 。
②单位:I-A;R-Ω;t-s;Q-J。
3.适用范围:公式适用任何电路、任何导体放出的热量。
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导体产生热量多少的公式选择:
(1)纯电阻电路:
①Q=I2Rt;②Q=W=Pt;③Q=UIt;④Q=t;
(2)非纯电阻电路:Q=I2Rt
【答案】1.电流的二次方　电阻　通电时间
2.①Q=I2Rt
对点自测
2.最先精确地确定了电流通过导体产生的热量(电热)与电流、电阻和通电时间关系的物理学家是 ;将10 Ω的电阻丝接在3 V的电源上,5 min内产生的热量为 J。
【答案】2.焦耳　270
知识点三 电热的利用和防止
1.电流的热效应有时对我们有利,我们需要 (选填“利用”或“防止”)它。
2.电流的热效应有时对我们有害,我们需要 (选填“利用”或“防止”)它。
【答案】1.利用
2.防止
对点自测
3.下列事例,属于防止电流热效应产生危害的是 ( )
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温
【答案】3.D
【合作探究】
任务驱动一 探究影响导体产生热量多少的因素
【猜想】导体产生热量的多少与 、 、 有关。
【设计实验】
(1)用转换法判断导体放出热量的多少
实验中,导体放出的热量使密闭容器中气体温度升高、气体体积膨胀,从而推动U形管内液面上升,所以可以通过 的变化来反映导体放出热量的多少。
(2)用控制变量法设计实验
①如图甲,探究导体放出热量的多少与电阻的关系时,必须控制 、 相同。
②如图乙,探究导体放出热量多少与电流的关系时,必须控制 、 相同。
【进行实验,记录实验现象】
(1)按照甲图连接好电路后,闭合开关,通电一段时间后,观察两个U形管中液面高度的变化,发现 (选填“左”或“右”)侧U形管液面高度差较大。
(2)按照乙图连接好电路后,闭合开关,通电一段时间后,观察两个U形管中液面高度的变化,发现 (选填“左”或“右”)侧U形管液面高度差较大。
【分析实验数据,得出实验结论】
(1)甲图中,两个电阻 联在电路中,通过两个电阻的电流 (选填“相同”或“不同”)、通电时间相同, (选填“左”或“右”)侧容器内电阻较大;右侧U形管内液面高度差较大,说明导体产生热量较 。由此可以得出结论: 。
(2)乙图中,两个容器内的电阻 、通电时间相同,通过 (选填“左”或“右”)侧容器内电阻的电流较大;左侧U形管内液面高度差较大,说明导体产生的热量较 。由此可以得出结论: 。
【答案】【猜想】通过导体电流的大小　导体电阻的大小　通电时间的长短
【设计实验】
(1)液面高度差
(2)①通过导体的电流　通电时间
②导体的电阻　通电时间
【进行实验、记录实验现象】
(1)右
(2)左
【分析实验数据、得出实验结论】
(1)串　相同　右　多　在通过导体的电流、通电时间相同时,电阻越大,导体产生的热量越多
(2)相同　左　多　在电阻、通电时间相同时,通过导体的电流越大,导体产生的热量越多
任务驱动二 探究电热计算公式的选择
比较纯电阻电路产生的热量多少,理论上可以应用Q=I2Rt、Q=UIt、Q=t中的任何一个,但是实际计算中,为了方便,我们需要结合题目的已知条件来灵活选用公式。
(1)在比较串联电路中两个电阻产生热量多少时,由于串联电路 相同,所以我们可以选择公式 。
(2)在比较并联电路中两个电阻产生热量多少时,由于并联电路 相同,所以我们可以选择公式 。
(3)在一个电源电压固定的动态电路中,分析整个电路产生热量多少时,由于电源电压不变,我们可以选择公式 。
【答案】(1)电流　Q=I2Rt
(2)电压　Q=t
(3)Q=t
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