15.4 探究焦耳定律（共26页）课件 2024-2025学年物理沪粤版（2024）九年级上册

(共26张PPT)
15.4 探究焦耳定律
1.认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用.
2.知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系.
3.知道焦耳定律，会运用焦耳定律进行简单的计算.
4. 电流热效应的应用与控制.
学习目标
上网课的时候，时间久了，会不会觉得电脑或者手机发烫呢？这是为什么呢？
新课导入
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象的产生。
1.电流通过导体时，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
通电导体放出的热量跟哪些因素有关
一
新知讲解
根据电能转化为内能的多少将用电器分为两大类。
（1）纯电阻用电器：即通电后只发热的用电器，电能几乎全部转化为内能，如电饭煲、电暖器、电热毯、电灯等。
（2）非纯电阻用电器：这种用电器除部分电能转化为内能外，大部分电能会转化为其他形式的能，如电风扇、电视等。
日常生活中手机因充电发热时，充电线却并没有发热。那么电流通过导体时产生的热的多少跟什么因素有关呢？
电热毯和导线通过电流相同，为什么电热毯很热，而导线却不那么热
猜想：可能与电阻有关。电阻越大，电流产生的热量越多。
　　2.电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关
为什么插座上插的用电器越多，插座及导线越来越热？
猜想：可能与电流有关。电流越大，电流产生的热量越多。
长时间使用手机，手机为什么会发烫？
猜想：可能与通电时间有关。通电时间越长，电流产生的热量越多。
洪山嘴中学詹振亚
洪山嘴中学詹振亚
实验目的：研究电流通过导体产生的热量Q 跟电流大小I，电阻R和通电时间t的关系。
设计实验：
（1）如何在实验中展示出电流产生的热量Q的多少？
（2）如何控制电流大小I相同？
（3）如何控制电阻R的大小不变？
（4）通电时间t比较好控制。
探究实验：探究电流的热效应跟哪些因素有关 ？
3.制定计划
实验装置
4.进行试验
实验装置如图所示，甲乙两个锥形瓶中的电阻丝的电阻 R1、R2 分别为5 Ω和10 Ω，两个瓶内装有等量的煤油。
某同学设计的实验电路图如图所示。连接电路，进行实验。
实验1：探究导体产生的热量跟电阻的关系
实验步骤
实验电路图
通电前，先记下瓶中煤油的初始温度t0；
通电后，每经过相同时间(如1 min)，就读出两支温度计的示数，并将数据填写在表中。
温度t/C 电阻R/Ω t0 t1 t2 t3 t4
R1＝__________
R2＝__________
分析实验数据，可以得到实验结论：
当电流一定时，导体的电阻越大，产生的热量就__________。
越多
实验2：探究导体产生的热量跟电流的关系
该同学选用乙瓶的电阻丝作为研究对象，并设计出如图所示的电路图来进行探究。
你认为他的设计合理吗 你的方案是什么 请画出来比较，并根据实验方案进行实验。
同学的方案电路图：
分析实验数据，可以得到实验结论：
当电流一定时，导体的电阻越大，产生的热量就__________。
实验还表明，通电时间越长，产生的热量越多。
越多
(1)电流与通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多；
(2)通电时间与电阻相同时，电流越大，产生热量越多；
(3)电流与电阻相同时，通电时间越长，产生热量越多。
实验结论
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。
概念：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。
热量用Q表示（单位J），电流用I表示（单位A），电阻用R表示（单位Ω），时间用t表示（单位s）。
公式：Q=I2Rt
焦耳
焦耳定律
二
1.适用范围：
无论是纯电阻原件还是非纯电阻原件，都可以用焦耳定律计算它产生的热量。
（1）纯电阻电路中，Q（电流产生的热量）=W（消耗的电能），即Q=W=UIt，由欧姆定律U=IR可得Q=I2Rt
（2）非纯电阻电路中，Q注：求电热时，首先明确是什么用电器产生的热量，若是纯电阻元件，Q=W=UIt=t=I2Rt
若为电动机，则Q=I2Rt
2.拓展：
（1）无论是串联电路还是并联电路，电路产生的总热量一定等于各用电器产生的热量之和，即Q总=Q1+Q2+.....+Qn
（2）在纯电阻电路中，
①串联电路,根据 Q=I2Rt知,电热与电阻成正比，即= ;
②并联电路，根据Q=t知，电热与电阻成反比，即= 。
3.想想议议：
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？
不矛盾，二者只是前提不同。
灯泡额定电压相同，正常工作时间相同，根据Q=t可知，电阻越小，产生热量越多，前提条件是电压相同。
电流相同时，正常工作时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻越大，产生热量越多，其前提条件是电流相同。
例1
一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量？
解：根据欧姆定律I= 得通过电阻丝的电流
I= = =0.6A
由焦耳定律Q=I2Rt得
Q=I2Rt=（0.6A）2×60Ω×5×60s=6480J
电热的利用：凡是需要利用电流热效应来加热升温的用电器都属于电热的利用，如电饭煲、电炉、电熨斗、电热水器、养鸡场的电热孵化器等。
电流热效应的应用和控制
三
电热的防止：用电器工作时，将电能转化为其他形式的能，由于电流热效应，总有一部分电能转化为内能，这就需要散热。如电视机后盖的散热孔、电脑下方的散热孔等。
电视机、电冰箱加上装饰罩是好是坏？
1、下列情况中，能够防止电热危害的是（ ）
A、用白炽灯泡照明
B、用电热水壶烧水
C、冬天用空调取暖
D、笔记本电脑内的小风扇
D
当堂检测
2、某导体电阻是2Ω，通过2A的电流时，1min产生多少焦耳的热量？
解：根据焦耳定律得
Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×1×60s=480J
3、一只额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生多少热量？
解：在纯电阻电路中，Q=W=UIt=Pt得
Q=Pt=450W×1×60s=27000J
电流的热效应
焦耳定律
电流热效应的应用和控制
焦耳定律
特征：电流通过导体会发热
探究电流热效应跟哪些因素有关
表述：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 = I2Rt
Q = I2Rt 的推导公式的应用
应用：电热器。
防止：散热器等。
课堂小结