2023-2024学年九年级物理全一册同步精品课堂（人教版）18.4焦耳定律（课件）37页ppt

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18.4 焦耳定律
想 一 想
这些用电器工作时有什么共同的特点？
电流的热效应：电流通过导体，导体发热的现象。
电流的热效应
一
电能转化成内能
实质：
想一想：生活中还有哪些利用电流热效应的用电器？
电烤箱
电热水壶
取暖器
　　电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
灯泡通电后，在刚开始通电不是很热，可过了一会就很热，为什么？
导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红而导线并不很热？
电饭锅通电后为什么必须按下加热（煮饭）按钮开关才能煮熟饭？
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
【实验目的】
【猜想与假设】
可能跟通电时间有关
可能跟电阻有关
【设计实验】
可能跟通过导体的电流有关
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
实验方法：
控制变量法
探究通电导体放出的热量与电阻的关系
【实验1】
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
实验方法：
控制变量法
电路设计
怎样判断通电导体放出的热量大小？
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
通过温度计的示数变化
反映导体放出热量的多少
怎样判断通电导体放出的热量大小？
通过U形管液面高度的变化反映导体放出热量多少
温度计
探究通电导体放出的热量与电阻的关系
【实验1】
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
实验方法：
控制变量法
通电时间 t1 t2 t3 t4 t5
温度T/℃ R1=5Ω
R2=10Ω
转换法
【实验结论】
在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。
探究通电导体放出的热量与电流的关系
【实验2】
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
电路设计
通电时间 t1 t2 t3 t4 t5
温度T/℃ I(I=2I1)
I1
【实验结论】
在电阻、通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
二
【实验结论】
通电导体放出的热量与通过导体的电流、导体的电阻、通电时间有关。
在通电时间、电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。
在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。
在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。
　　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。
焦 耳
焦耳定律
三
1、内容：
2．公式：
焦耳定律
三
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。
Q = I2Rt
电热（焦）
电流（安）
电阻（欧姆）
通电时间（秒）
3．适用范围：
适用于所有电路电热的计算
例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
焦耳定律
三
例2： 一电动机的线圈电阻是4.4Ω，当它接在220V的电压下
工作时，通过线圈的电流是5 A，求在1s内：
（1）这台电动机消耗的电能。
（2）线圈产生的电热。
焦耳定律
三
　　1．当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能（纯电阻电路），那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W，即
　　2．当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，还有一小部分转化为内能（非纯电阻电路）：
电能 内能+机械能
电能与电热的关系
四
利用电热孵化器孵小鸡
用来加热
电热器的优点:
清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
电热的利用
四
　　很多情况下我们不希望用电器的温度过高。
电热的危害
四
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。
焦耳定律的基础应用
一
1、在电学实验中，我们发现导线烧断的地方经常是在接头处。利用所学物理知识尝试解释。
与电路中其它地方相比，电流和通电时间相同，但是接头处接触电阻大较大，根据 接头处产生热量较多，温度高，经常会超过了导线的熔点就会熔断。
焦耳定律的基础应用
一
2、小明学习了电功率和焦耳定律后观察家中用电器，发现一个奇怪的现象：与电热水器连接的导线比与电视机连接的导线粗得多。请你用所学知识解释这一现象。
电热水壶等功率较大的用电器，工作时通过连接线的电流会较大；而如果电源连接线过长或横截面积过小，则连接线的电阻就会增大，由焦耳定律可知，在一定时间内电流通过连接线产生的热量就会增加，容易引起火灾等安全事故。
焦耳定律的基础练习
一
1．下列关于电流的热效应，说法正确的是（　　）A．导体的电阻越大，产生的热量越大B．流过导体的电流越大，产生的热量越大C．电流流过导体时，导体会发热，这个现象叫做电流的热效应D．电流的热效应对我们生活只有危害，没有帮助
焦耳定律的基础练习
一
2．铭牌上均标有“ 220V 100W”的下列用电器都正常工作，在相等时间内产生热量最多的是（　　） A．电风扇 B．日光灯 C．电视机 D．电炉
3. 用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10 min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是 A．2.5 min B．5 min C．20 min D．30 min
焦耳定律的基础练习——实验
一
1、如图所示是探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。
（1）实验用______ 反映密闭空气温度的变化；（2）图甲中，通过两个电阻丝的电流______；
该实验探究的是电流通过导体产生的热量与______的关系，通电一段时间后，______（选填“左”或“右）侧容器中电阻产生的热量多；
焦耳定律的基础练习——实验
一
1、如图所示是探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。
（3）图乙可探究电流通过导体产生的热量与______的关系，通电一段时间后，______（选填“左”或“右”）侧容器中电阻产生的热量多；（4）英国物理学家焦耳通过大量实验，最先精确地确定了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______成正比，跟______成正比。
焦耳定律的基础练习——实验
一
2、如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列正确的是
A．甲实验中两个电阻串联只是为了保证流过两个电阻电流相等
B．甲实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1:2
C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D．乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1:4
电功与电热（电能与内能）
二
对于纯电阻电路，电流做功消耗的电能全部转化为内能。
对于非纯电阻电路，电能除了转化为内能，还要转化为其他形式的能量。
电功与电热（电能与内能）
二
2．某电动机工作电压为220V，通过线圈的电流为5A，线圈电阻为5Ω，则每分钟电动机消耗的电能为______J，电动机产生的机械能是______J，电动机的效率是______。
1．电动玩具车标有“6V 3W”，车内电动机线圈电阻为0.5Ω。当玩具车正常行驶1min，电动机线圈产生的热量是___________J，消耗的电能是___________J。
串并联中的焦耳定律
三
如图，有两个电阻R1=4Ω、R2=8Ω 分别以串联和并联的方式接入相同电压的电路上。
3、相同时间内产生热量较多的是 电路 （填“串联”
或“并联”）。
1、串联时，相同时间中产生的热量之比Q1:Q2= 。
2、并联时，相同时间中产生的热量之比Q1:Q2= 。
思考：串并联电路中，电路放出的总热量与各通电导体
放出的热量有什么关系？
多挡位问题
多挡位问题
电源电压不变
加热挡
保温挡
多挡位问题
1.某家用电热壶有“加热”和“保温”两个挡位，其简化电路如图所示，R1、R2是电热丝，R1＝1 000 Ω，R2＝100 Ω.
开关S接“1”时，电热壶为________挡位．
开关S接“2”时，电热壶为________挡位．
加热挡功率为？保温挡功率为？
处于加热挡时，热水壶工作1min消耗多少电能？
多挡位问题
2．如图是某品牌家用电饭锅的工作原理图，已知R2的阻值为44Ω；单独闭合开关S1时，此时电路的功率为40W。求：
（1）R1阻值是多少？
（2）同时闭合开关S1、S2，R2的功率是多少？
（3）同时闭合开关S1、S2，电饭锅工作1min消耗多少电能？
多挡位问题
3．多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化的功能，深受用户好评，如图所示，是某养生壶的简化电路图以及相关数提，则
（1）说明当置于功率550W时电键S1、S2所处状态；
（2）试计算R1的阻值；
（3）试计算R2的阻值。
（4）若正常工作时，养生壶效率为90%，将1kg水从20℃加热到85℃需要多长时间。
多挡位问题
4．某家用电热水壶有加热和保温两挡，内部电路简化示意图如图甲所示，其中R1和R2均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶在额定电压下的烧水过程中，消耗的电功率随时间变化的图象如图乙所示，已知水的比热容为4.2×103J/(kg °C)，求：
1）这次电热水壶加热和保温时的电流之比是多少？
2）电阻R2的阻值是多少？
3）在额定电压下给1.2kg的水加热，使水温从22°C
升至52°C。热水壶的工作效率为90%，需要多长
加热时间？
多挡位问题
4．如图是电热水器的简化电路图，额定电压为220V，热水器分为高中低挡。高温挡的功率为1100W，中温挡的功率为220W，求：
（1）该热水器处于高温挡工作5min电流做的功；
（2）R1的阻值；
（3）低温挡时R1的功率。