18.4 焦耳定律 学案 （含解析） 人教版 九年级全册

18.4 焦耳定律
一、课堂学习任务
知识点1：探究电热的影响因素
电流的热效应：
实验：探究电热的影响因素
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
根据生活经验你的猜想有哪些？
①研究方法：
Ⅰ.当一个物理量与多个因素有关时，应该用 方法研究
Ⅱ. 实验中通过观察 现象来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫 。
②实验1：研究电热与电阻关系，应该保持 、 因素不变？
设计电路：
结论：
②实验1：研究电热与电流关系，应该保持什么因素不变？如何让电阻一定，电流不一样呢？
设计电路：
你还有别的方案吗？（画出电路图）
知识点2：焦耳定律
定义：
公式：
理解：（判断正误）
A．根据Q=可知，时间相同，电阻越大，电流产生的热量越少 （ ）
B．根据Q=I2Rt可知，时间相同，电阻越大，电流产生的热量越多 （ ）
C．根据Q=UIt可知，电流产生的热量与电阻无关 （ ）
D．根据Q=I2Rt可知，时间和电流相同时，电阻越大，电流产生的热量越多 （ ）
知识点3：电热的利用和防止
电热的利用
生活中哪些电器应用了电热原理：比如电炉、 、 、 、
电热的危害
有些时候我们并不需要产生热量，但不可避免的会有，有哪些防止危害的手段呢？
二、随堂练习
1．下列现象中，通过做功改变内能的是（　　）
A．人晒太阳感到暖和 B．在蒸笼里加热馒头
C．感冒发烧，用冷毛巾敷额头 D．电炉通电后，电热丝变红
2．如图甲、乙所示，相同容器中装有质量相同的纯净水，用不同电加热器加热，忽略散热损失，得到如图丙所示的水温与加热时间的图像，下列说法正确的是（　　）
A．加热相同时间，两容器中水吸收的热量相同
B．吸收相同的热量，甲容器中水的末温比乙容器中水的末温高
C．升高相同温度，甲、乙容器中水吸热之比为2∶3
D．甲、乙两容器中加热器的电阻之R1和R2比为2∶3
3．如图是探究电流通过导体产生的热量与 关系的实验装置，实验中用U形管内液面的 反映导体产生热量的多少。
4．如图所示电路，，，开关闭合后，通过R2的电流为2A，则R2通电1min产生的热量是 J。
5．傍晚用电高峰时，小亮关闭家中其他用电器，让额定电压220V额定功率为1210W的电热水器单独工作72s，家中如图所示的电能表的转盘转了50r，热水器的实际功率为 kW，可能的原因是因为用电高峰时电压偏低，家庭电路实际电压为 V。若不计能量损失，这段时间内热水器中50L的水可升温 ℃（保留两位小数）。由于热水器的功率远大于冰箱，从安全用电的角度考虑，热水器的电源线比冰箱的要 （选填“粗”或“细”）。
6．如图所示为导线的两种接法，连接段电阻较大的是 图，在相同电路中，更容易出现故障的是 图，若图乙连接段导线电阻为2.5×10-4Ω，电路电流为0.2A，则1min内此连接段产生的热量为 J。
7．某电动机在220V的电压下正常工作时，流过电动的线圈的电流是10A，已知线圈的电阻是2Ω，若电动机正常工作时间100秒，电动机电流做的功是 J；线圈产生的热量是 J。
8．小昕做了“探究电流产生的热量与电阻大小的定性关系”的实验。
（1）如图1所示，两个完全相同的烧瓶，分别装有初温和质量相等的花生油，插入相同的温度计，分别装入电阻。请你帮忙完成实物图的连接，使电路能达到实验目的 。
（2）该实验中，小昕是通过观察 的变化来比较电阻所产生热量的多少，使用了 （选填“转换法”“控制变量法”或“比值定义法”）。
（3）闭合开关，2min后，小昕发现乙瓶中温度计的示数比甲瓶的高，继续加热到3min、4min、5min，她观察到的结果依然如此。由此可以得出结论： ；
（4）小昕将实验进行了改进，如图2所示，她将电阻为4Ω的镍铬合金丝和电阻为0.5Ω的铜丝串联接入电路，用两张完全相同的纸巾分别将它们包住，并分别在纸巾上滴了一滴花生油，通电后约10s，只看到包在4Ω镍铬合金丝上的纸巾冒烟，请你评估改进后的实验有何优点？ 。
（5）若小昕想进一步探究“电流产生的热量与电流大小的关系”，只需要在图1电路中分别接入一只电流表和一个 。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】A．人晒太阳，从太阳吸收热量、内能增加、温度升高，是利用热传递改变物体的内能，故A不符合题意；
B．在蒸笼里加热馒头，馒头吸收热量、温度升高，是利用热传递改变物体的内能，故B不符合题意；
C．用冷毛巾敷额头，冷毛巾从头上吸收热量，使头的温度降低，是利用热传递改变物体的内能，故C不符合题意；
D．电热丝发热变红是电流做功，将电能转化为内能，是通过做功改变物体内能的，故D符合题意。
故选D。
2．D
【详解】A．由图丙可知，加热相同时间，甲、乙升高的温度不同，而甲、乙容器内水的质量相同，根据Q吸=cm t可知，量容器内 水吸收热量不相同，故A错误；
B．根据题意可知，甲、乙容器内水的质量相同，由可知，吸收相同的热量，甲、乙容器内水升高的温度相同，由于水的初温相同，所以甲、乙容器内水的末温相同，故B错误；
C．甲、乙容器内水的质量相同，升高的温度相同，由Q吸=cm t可知，甲、乙容器内水吸收的热量相同，即吸热之比为1∶1，故C错误；
D．由图丙可知，水的温度从20℃升高到40℃时，甲的加热时间为2min，乙的加热时间为3min； 两容器中水的质量相同，升高的温度相同，由Q吸=cm t可知，两杯水吸收的热量相同，由于忽略散热损失，所以两加热器 放出的热量也相同，即Q1=Q2，由
可知甲、乙两容器中加热器的电阻之比
故D正确。
故选D。
3． 电流 高度差
【详解】[1]装置中乙容器中两个5Ω的电阻并联后再与甲容器中一个5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右=I左，乙容器中两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知
I右=I1+I2
两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1=I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系。
[2]据实验装置可知，电流通过导体产生热量使容器中的空气受热膨胀，从而导致U形管中的液面会发生变化，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U形管液面高度差的变化来反映电流通过导体产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
4．720
【详解】R2通电1min产生的热量
Q=I22R2t=(2A)2×3Ω×60s=720J
5． 1 200 0.34 粗
【详解】[1]表示电路中每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转过2500r，电能表的转盘转50r电热水器消耗的电能
工作时间
该电热水器的实际功率
[2]电热水器的电阻是
家庭电路实际电压为
[3]水的体积
由密度公式可得水的质量
因为不计能量损失，所以水吸收的热量
由得，水升高的温度
[4]由于热水器的功率远大于冰箱，则根据可知，热水器工作时通过的电流远大于通过冰箱电流；由可知，在电源线电阻和通电时间相同时热水器的电源线上产生的热量较多；为保证线路安全，电热水器选择较粗的电源线，可以减小电源线的电阻，根据可知，在其他条件相同时电源线上产生的热量减少，可防止电源线过热而引发安全事故。
6． 甲 甲 6×10-4
【详解】[1]在图甲中，导线相连的方式接触面积小，电阻相对较大；而在图乙中，导线相连的方式接触面积大，因此电阻相对较小。所以，连接段电阻较大的是图甲。
[2]导线的接触电阻大，产生更多的热量，当热量积累到一定程度时，就可能引发火灾或短路等故障，因此，在相同电路中，更容易出现故障的是图甲。
[3]根据焦耳定律Q=I2Rt得，此连接段产生的热量为
Q=I2Rt=(0.2A)2×2.5×10 4Ω×1×60s=6×10 4J
7．
【详解】[1]电动机正常工作100秒，电流做的功为
W=UIt=220V×10A×100s=2.2×105J
[2]电流流过线圈产生的热量为
Q=I2Rt=(10A)2×2Ω×100s=2×104J
8． 温度计示数 转换法 在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多 选用的器材较简单、实验现象直观且用时较短 滑动变阻器
【详解】（1）[1]探究电流产生的热量与电阻大小的关系，要控制电流和通电时间相同，应将两电阻丝串联起来，如下所示：
（2）[2][3]该实验中，通过观察温度计示数的变化来比较导体所产生热量的多少，使用了转换法。
（3）[4]通过甲、乙瓶中电阻丝的电流相同，通电时间相等，而乙瓶中电阻较大，闭合开关，2分钟后，发现乙瓶中温度计的示数比甲瓶的高，根据转换法，乙瓶中电阻产生热量多，继续加热到3分钟、4分钟、5分钟，她观察到的结果依然如此。由此可以得出结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多。
（4）[5]改进后的实验的优点：选用的器材简单、操作简单，实验现象直观且用时较短。
（5）[6]要探究“电流产生的热量与电流大小的关系”，需要改变保持电阻丝的阻值和通电时间不变，改变通过电阻丝的电流，可在电路中串联一只电流表和一个滑动变阻器。