16.4科学探究：电流的热效应课件 --2023-2024学年初中物理沪科版九年级全一册

(共45张PPT)
第四节 科学探究：电流的热效应
主题情境
生活中的用电器
活动线
问题线
电流的热效应概念
电饭煲是利用电流产生的热量工作的，却设置了“散热孔”来散热避免工具损坏，这是为什么呢？
怎样定量计算电饭煲产生热量的多少？
寻找用电器工作时的共同特点
知识线
以电饭煲为例探索用电器发热的奥秘
观察用电器的工作过程，这些用电器在工作中有哪些共同特点？
电饭煲工作时，内部温度逐渐升高，但与之相连的导线却几乎不热，这是为什么？
探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
焦耳定律；
电能与电热的关系
电热的利用和防止
1. 认识到电能可以转化为内能，了解电热的应用.
2. 通过实验，探究并了解焦耳定律.
3. 会利用焦耳定律进行简单的计算，理解焦耳定律的内容、公式、单位
及其简单应用.
学习目标
日常生产、生活中会用到很多用电器，请你结合这些用电器的工作过程，寻找他们工作时的共同特点.
电热毯 电炉 电热水器 热熔胶枪 电烙铁
情境串新知
请同学们观察以下用电器的工作过程，这些用电器在工作中有哪些共同特点呢？
点
击
播
放
视
频
活动1
寻找用电器工作时的共同特点
这些用电器工作时都要消耗_____，都会产生______，在这个过程中，______转化为_____.
电能
热量
电能
内能
一、电流的热效应
电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应.
生活中哪些用电器也是利用电流热效应工作的，比一比看谁知道的多？
思考与交流
这两个用电器也是利用电流热效应工作的吗？你是如何判断的？
注意：有些用电器在工作时，电能很少一部分转化为内能，很大一部分转化为内能之外的其他形式的能(如机械能、光能、声能等)，如电风扇、电冰箱、电脑、电视机、洗衣机等.
扇叶转动
电能→______能
电能→______能
发热
画面
电能→_____能
电能→_____能
发声
电能→_____能
发热
机械
内
光
声
内
思考
活动2
以电饭煲为例探索用电器发热的奥秘
电饭煲的加热原理
电饭锅的加热原理主要依靠电热丝的加热作用.电饭锅内部有一个加热盘，当我们使用电饭锅煮饭时，将电饭锅插入电源后，电流通过电热丝，使电热丝发热.电热丝将热量给内胆，使内胆加热，将饭煮熟.
将电饭煲接入家庭电路通电后，电饭煲温度逐渐升高将饭煮熟，那么电饭煲产生的热量与什么因素有关呢？
思考
子任务1：以电饭煲为例探究电热的影响因素
电流产生的热量与哪些因素有关
猜想2：与电流大小有关；
与电阻大小有关.
猜想3：
猜想1：与通电时间有关；
1. 猜想与假设
实验探究
要研究某一因素对电流产生热量的影响，需要用什么方法来探究？
控制变量法
实验目的 探究电流产生的热量与通电时间是否有关 探究电流产生的热量与电流大小是否有关 探究电流产生的热量与电阻大小是否有关
控制不变的量 ____________________ ____________________ ____________________
自变量 __________________ __________________ __________________
因变量 产生热量的多少 热量不易观测，
应该如何测量呢？
2. 设计实验与制定计划
电流大小、电阻大小
通电时间
通电时间、电阻大小
电流大小
电流大小、通电时间
电阻大小
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，煤油是绝缘体，且煤油比热容较小，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
探究电流产生的热量与通电时间是否有关
实 验 1
怎样测量：
因变量：
自变量：
怎样改变：
控制变量：
怎样控制：
秒表计时
滑动变阻器位置不变
电热
通电时间
电流、
电阻
观察液体中温度计示数的变化
A
R
探究点拨
进行实验与收集证据
实验是一个探索的过程.许多实验条件，如本实验中采用多大阻值的电阻丝、电流的大小、测量间隔时间等，都需要通过多次探索才能调整得比较好.每次进行实验，在实验前要反复论证、精心准备，实验中要细致观察、准确记录，实验后要认真分析、反复推敲.
4. 分析与论证
3. 进行实验与收集证据
按电路图连接实物图，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数. 保持电流的大小不变，每间隔一定时间记录一次温度计的示数.
对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，煤油的温度越____，表明电流产生的热量越 ____.
高
多
时间 t/min
温度 t/℃
怎样改变：
怎样控制：
实验装置与通电时间与前次相同
实 验 2
因变量：
自变量：
控制变量：
调节滑动变阻器
怎样测量：
观察液体中温度计示数的变化
电热
电流
电阻、
通电时间
探究电流产生的热量与电流大小是否有关
A
R
取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，仍按原电路图连接电路.闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与前次相同，记录玻璃瓶内煤油的温度.
3. 进行实验与收集证据
时间 t/min
温度 t/℃
对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油的温度越____，表明电流越大，电流产生的热量越 ____.
高
多
4. 分析与论证
怎样测量：
实 验 3
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
电热
电阻
电流、
通电时间
观察液体中温度计示数的变化
探究电流产生的热量与电阻大小是否有关
A
R1
R2
选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶，按电路图连接起来实物图(两根电阻丝串联).检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度.
4. 分析与论证
在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越 _____，表明电阻越大，电流产生的热量越 _____.
3. 进行实验与收集证据
高
多
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时间 t/min
温度 tR1/℃
温度 tR2/℃
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.
归纳总结
实验装置
加热空气，用空气膨胀程度反映电热
实验方案拓展
h
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
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电流通过导体产生的热量
U形管两侧液面高度差
转换法
例 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.
绝缘体
定值电阻R与R1并联，使通过电阻R1、R2的电流不相等
电阻
通电时间
电流
控制不变的量是：_______，_________.
需要改变的量是：______
R
R2
R1
R
(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
电阻和通电时间不变，电流越大产生的热量越多
R
子任务2：定量计算电饭煲产生热量
历史上，英国物理学家焦耳做了大量的实验，探究电流产生的热量跟电流大小、导体的电阻以及通电时间的关系，他于1840年最终发现了此规律，为了纪念焦耳，这一规律又被称为焦耳定律.
二、焦耳定律
1. 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.
2. 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，英国
(1818—1889年)
信息窗
英国物理学家焦耳年轻时就从事电和磁的研究.他极力想通过实验证明自然界中的能量守恒规律. 为此，他做了许多实验研究热和功之间的联系，以及电流的热效应. 焦耳的研究为能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础. 为了纪念焦耳对科学的贡献，除了将上述定律命名为“焦耳定律”外，物理学中能量和功的单位也被命名为“焦耳”.
例 已知电饭煲的内部加热电路R为44 Ω，家庭电路中的电压为220 V，电饭煲正常工作时通过的电流是多少？电饭煲正常10 min产生的热量是多少？
由焦耳定律Q=I2Rt可知，电饭煲正常10 min产生的热量
Q=I2Rt=(5 A)2×44 Ω×10×60 s=6.6×105 J
解：由
可知，电饭煲正常工作时通过的电流
拓展：小明发现将电饭煲接入家庭电路通电后发现，电饭煲温度逐渐
升高将饭煮熟，但与电饭煲连接的导线却几乎不热，你能帮助
小明解释其中的原因吗
导线和电饭煲串联，电流相同，而电饭煲的电阻比导线的电阻大的多，根据Q=I2Rt可知，在通电时间相同时，电流通过电饭煲产生的热量多，因此电饭煲热而导线却不热.
小明发现家里的空调、电饭锅等大功率家用电器的电源线明显比台灯等小功率家用电器的电源线粗，这是为什么？
空调、电饭锅等功率较大的用电器，工作时通过导线的电流较大，如果导线横截面积过小，导线电阻就会过大，在一定时间内电流通过导线产生的热量越多，容易引起火灾等安全事故.
思考
电功 电功率 焦耳定律 适用范围
基本公式
导出公式
电功、电功率和焦耳定律计算公式对比
U2
R
t
W=
=I Rt
W
t
P=
=UI
U2
R
P=
=I R
W=UIt =Pt
Q=I Rt
Q =UIt = =Pt
U2
R
t
仅适用于纯电阻电路W=Q
普遍适用
电能
用电器
内能
机械能
其他能
W = UIt
Q = I2Rt
电饭煲是利用电流产生的热量工作的，其底部却设置了“散热孔”来散热避免工具损坏，这是为什么呢？
思考
子任务3：以电饭煲为例研究电流的利用和防止
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，主要工作部件是发热体.
拓展：电热的利用和防止
2. 电热的危害和防止
危害一：用电器烧坏
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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.
电脑的微型风扇
电视机的后盖
危害二：电能损耗
2. 电热的危害和防止
输电要用导线，导线有电阻，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电能损耗不能忽略.
世界首条35千伏公里级超导电缆落户上海，技术领先全球
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思考
Q 损= I2R线 t
方法一： 减小输电导线的电阻R
在电流和通电时间一定时，由Q = I 2Rt 可知，电阻越小，损耗电能也越小，故通常远距离输电选用相同条件下电阻较小的铝、铜或铝合金做输电导线.
方法二：减小输电电流I
P输= UI
输电功率P一定时，由P =UI 可知，电压越高，电流越小；在导线电阻和通电时间一定时，由Q = I 2Rt 可知，电流越小，损耗电能也越小，故远距离输电常利用高压输电. 注：“高压”也有一定的限度，需要考虑设备的承载和造价.
我国能源结构特点和人口分布不均匀，在西电东输工程中，造成的电能损耗更大，如何减小距离输电过程中的电能损耗？
方法:_______、_____________
公式：___________
因素：____、________、_____
电热的利用和防止
电流的热效应
焦耳定律
控制变量法
电流
Q = I2Rt
电热水壶、电暖器、电饭锅、电烤箱、电热毯等.
散热窗、散热片、散热风扇等.
课堂小结
电流通过导体产生的热量跟______的二次方成正比，跟导体的______成正比，跟__________成正比.
转换法
通电时间
电阻
电流通过导体时___能转化为___能的现象叫做电流的热效应.
电
内
实验：电流产生的
热量与什么
因素有关
定义：
电流
电阻
通电时间
内容：
利用:
防止：
科学探究：
电流的热效应
1. 如图所示的家用电器中，主要利用电流的热效应工作的是(　　)
A. 电视机 B. 洗衣机 C. 吸尘器 D. 电饭煲
D
电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应
随堂练习
×
电能转化为光能、声能和内能
电能转化为
机械能和内能
×
电能转化为
机械能和内能
×
电能转化为
内能
√
2. 下列情况中属于电热的利用的是( )
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
用电流的热效应产生的热来驱潮，是利用电热
散热，属于电热的防止
×
×
×
√
3. 如图所示是一直流电动机提升重物的装置.电源电压U=12 V保持不变，已知电动机线圈电阻为1 Ω，开关闭合后电动机匀速提升重物，此时，电流表读数为1 A，电压表读数为3 V，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
1 Ω
12 V
3 V
1 A
(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
1 Ω
12 V
3 V
1 A
(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. 小明家买了一台电烤箱，有低、中、高三个挡位的发热功率，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=48.4 Ω，R2=96.8 Ω，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，电烤箱处于什么挡位？简述理由.
(2)电烤箱在中挡位工作时，消耗的电功率是多少？
(3)电烤箱在高挡位工作时，对食物加热6 min，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：
多挡位问题分析思路
看总电阻
拓展：
题干信息：已知：R1=48.4 Ω，R2=96.8 Ω，电源电压保持不变.
(1)当开关S1置于b端、S2断开时，电烤箱处于什么挡位？简述理由.
解：(1)低挡位. 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，是低挡位.
(2)电烤箱在中挡位工作时，消耗的电功率是多少？
(2)当开关S1置于b端、S2闭合时为中挡位，
电烤箱消耗的电功率
48.4 Ω
96.8 Ω
电烤箱消耗的电能
W=P总t=1.5×103 W×6×60 s=5.4×105 J
(3)当S1置于a端，S2闭合时，电烤箱在高挡位，电阻R1与R2并联，电烤箱消耗的总功率
(3)电烤箱在高挡位工作时，对食物加热6 min，消耗的电能为多少？
48.4 Ω
96.8 Ω