人教版九年级物理 第十八章电功率第4节焦耳定律（教学设计）
文档属性
| 名称 | 人教版九年级物理 第十八章电功率第4节焦耳定律（教学设计） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 178.7KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-08-30 16:12:02 | ||
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文档简介
人教版九年级物理 第十八章 电功率
第4节 焦耳定律 （教学设计）
【课题】第4节 焦耳定律
【学习目标】
1．理解电流的热效应及焦耳定律的内容和公式。
2．掌握焦耳定律的推导过程及其适用条件。
3．能够运用焦耳定律解释生活中与电热相关的问题。
4．通过实验探究电流热效应的影响因素，掌握控制变量法和转换法。通过分析实验现象和实验数据，培养科学探究能力和数据分析能力。
【学习重点】
理解电流的热效应及焦耳定律的内容和公式。。
【学习难点】
电功和电热的区别和联系。
【实验器材】
焦耳定律演示仪、电池组、滑动变阻器、电流表、开关、导线若干。（演示：探究电热跟电流、电阻、通电时间的关系）
【新课导入】
问题：电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。
【板书课题】第4节 焦耳定律
【新课学习】知识点一 电流的热效应
电炉的电炉丝和导线串联，通过的电流相同，电炉丝热得发红，说明电炉丝的温度比导线高，电流通过电炉丝在电炉丝上产生的热量更多。
电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？
猜想：①可能与导体的电阻有关。
②可能与通过导体的电流有关。
③可能与通电时间有关。
演示1：探究电流和电阻的关系
图示装置中，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中电阻丝的电阻比较大。
两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。
实验现象及分析
通电一段时间后，右边U形管两侧液面高度差大于左边U形管两侧液面高度差。
改变串联电路中的电流， 通电一段时间后，仍然是右边U形管两侧液面高度差大于左边U形管两侧液面高度差。
说明： 电流通过右侧容器中的电阻丝产生的热量大于通过左侧容器中的电阻丝产生的热量。
由于R左＜R右， 所以在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。
实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。
演示2：探究电流和电流的关系
实验现象及分析
通电一段时间后，左边U形管两侧液面高度差大于右边U形管两侧液面高度差。
改变两个容器中电阻丝中的电流， 通电一段时间后，仍然是左边U形管两侧液面高度差大于右边U形管两侧液面高度差。
说明：电流通过左侧容器中的电阻丝产生的热量大于通过右侧容器中的电阻丝产生的热量。
由于I右＜I左， 所以在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
演示3：探究电流和通电时间的关系
探究电热与电阻的关系、探究电热和电流的关系实验中，通电时间越长，左边、右边U形管两侧液面高度差都越大。
实验结论：在电流和电阻一定时、通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
归纳：电热跟电流、电阻、通电时间有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
【课堂练习】
【例题1】如图是某小组探究电流通过导体时产生热量的多少跟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)实验中，通过观察U形管中_____________来判断电热丝产生热量的多少，这种研究物理问题的方法叫________法；
(2)由图甲实验可知，通电一段时间后，观察到右侧U形管中液面较高，说明在通电时间相同、电流相等的情况下，_________越大，电流产生的热量越多；
(3)由图乙实验可知，通电一段时间后，观察到左侧U形管中液面较高，说明在通电时间相同、电阻大小相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越_________（选填“多”或“少”）。
【答案】（1）液面高度差 转换 （2）电阻 （3）多
【解析】（1）在探究电流通过导体产生热量多少跟什么因素有关的实验中，电流通过导体产生热量多少不能直接观察，可以通过U形管中液面高度差的变化来反映，通过观察U形管中液面高度差判断电热丝产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
（2）由甲图可知，两段阻值不同的电阻丝串联，通过的电流相同、通电时间相同，可探究电流产生的热量与电阻的关系。通电一段时间后，右侧电阻较大，右侧U形管中液面高度差较大，可以得到在通电时间相同、电流相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。
（3）在乙装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，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中的电流相等，容器内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，可探究电流产生的热量与电流的关系。通电一段时间后，通过左侧电阻的电流较大，左侧U形管中液面高度差较大，由此可知在通电时间相同、电阻大小相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。
知识点二 焦耳定律
二、焦耳定律
英国、理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。
①内容： 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。
②公式： Q = I2Rt
③公式中各量单位：I表示电流，单位是安培（A）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；
t 表示时间，单位是秒（S）；Q 表示热量，单位是焦耳（ J ）。
电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W, 即Q=W=UIt
因为W=UIt，由欧姆定律得 U=IR
所以 Q = W = UIt = I2Rt
【解释问题】电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
解释：用导线把电炉接到电路中，通过导线的电流全部通过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。导线的电阻很小，只有百分之几欧姆，而电炉丝的电阻为几十欧姆。 相同时间内电流通过电炉丝产生的热量远大于通过导线产生的热量。 所以，电炉丝很热，而导线却不热。
④电功与电热的区别和联系
(1)电功与电热的区别
电功W是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。
电热Q是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。
(2)电功与电热的联系
在纯电阻电路，电流所做的功只转化为内能，电路消耗的电能和生成的内能在数值上是相等的，即W=Q，如电炉、电热器、电熨斗等.
在非纯电阻电路中，如含有电动机等，电流做的功一部分转化为内能，大部分转化为机械能，通过线圈电阻R的电流仍使线圈发热，产生的热量Q=I2Rt，但此时Q≠W，而是Q＜W，即:电功=内能+机械能 W=Q+W机械能
【例题2】四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4.如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中；如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1＝R3，R2＝R4，R1＞R2.
【解答】（1）在串联电路中，通过电阻为R1和R2的两个电阻器的电流相等。根据焦耳定律Q＝I2Rt，当I相同、t相同时，Q与R成正比，由于R1＞R2，因此相同时间内电阻为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。
（2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律 Q =I2Rt 和欧姆定律可得 .由公式可知，电压相同时，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比，且 R3 ＞R4，因此相同时间内电阻为 R4的电阻器放出的热量比电阻为 R3的电阻器多。
【例题3】（2025年江西中考题）如图所示，电源电压恒为9V，R1为定值电阻，R2为电阻箱（能够表示出阻值的变阻器）。
（1）闭合S1、断开S2，电流表的示数为0.9A，求R1的阻值和R1工作100s产生的热量；
（2）把电阻箱R2的阻值调为18Ω，闭合S1和S2，电流表的示数为1.4A，求R2两端的电压和通过R2的电流。
【解答】（1）图示电路中，闭合S1、断开S2，R2断路，只有R1工作。电流表测量R1中的电流，I1=0.9A，由欧姆定律得，R1的阻值
R1工作100s产生的热量Q=I12R1t=（0.9A）×10Ω×100s=810J
（2）闭合S1和S2，R1和R2并联，电流表测量干路中的电流，I=1.4A，
R2两端的电压等于电源电压，为U2=U=9V
由并联电路的电流规律得，R2中的电流I2=I-I1=1.4A-0.9A=0.5A
【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
二者不矛盾。
由 知，在电压一定时，电阻越小，单位时间内产生的热量越多；
由焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流一定时， 电阻越大，单位时间内产生的热量越多。
知识点三 电热的利用和防止
电热的利用和防止
（1）电热的利用：电热水器、电饭锅、电熨斗等都是利用电热加热物体的，工作过程中将消耗的电能全部转化为内能。
利用电热鸡苗孵化器孵小鸡。
（2）电热的防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。
笔记本电脑采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。
一些手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热。
电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。
投影仪的散热方法：除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。
大数据服务器会产生大量电热，可通过多种方式进行散热。
【课堂练习】
【例题4】（2024年山东菏泽中考题）下列家用电器，利用电流的热效应工作的是【 】
A．电冰箱 B．洗衣机 C．电脑 D．电饭煲
【答案】D
【解析】利用电流热效应工作的用电器将消耗的电能转化为内能。电冰箱工作时将电能转化为内能与机械能；洗衣机的主要部件是电动机，工作时将消耗的电能转化为机械能和内能；电脑工作时将消耗的电能转化为光能、机械能和内能等；电饭煲是电热器，主要部件是发热体，工作时将消耗的电能全部转化为内能，是利用电流的热效应工作的。
【例题5】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】D
【解析】养鸡场使用电热孵化器孵小鸡、家里使用电热水壶烧水、用电熨斗熨烫衣服，都是利用电流的热效应，将电能转化为内能加热物体的；
电脑温度过高时，风扇会及时启动，给电脑降温，是为了防止电流热效应产生危害的。
【课后作业】 练习与应用： 1、2、3、4、5、6题
第4节 焦耳定律 （教学设计）
【课题】第4节 焦耳定律
【学习目标】
1．理解电流的热效应及焦耳定律的内容和公式。
2．掌握焦耳定律的推导过程及其适用条件。
3．能够运用焦耳定律解释生活中与电热相关的问题。
4．通过实验探究电流热效应的影响因素，掌握控制变量法和转换法。通过分析实验现象和实验数据，培养科学探究能力和数据分析能力。
【学习重点】
理解电流的热效应及焦耳定律的内容和公式。。
【学习难点】
电功和电热的区别和联系。
【实验器材】
焦耳定律演示仪、电池组、滑动变阻器、电流表、开关、导线若干。（演示：探究电热跟电流、电阻、通电时间的关系）
【新课导入】
问题：电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。
【板书课题】第4节 焦耳定律
【新课学习】知识点一 电流的热效应
电炉的电炉丝和导线串联，通过的电流相同，电炉丝热得发红，说明电炉丝的温度比导线高，电流通过电炉丝在电炉丝上产生的热量更多。
电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关？
猜想：①可能与导体的电阻有关。
②可能与通过导体的电流有关。
③可能与通电时间有关。
演示1：探究电流和电阻的关系
图示装置中，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中电阻丝的电阻比较大。
两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。
实验现象及分析
通电一段时间后，右边U形管两侧液面高度差大于左边U形管两侧液面高度差。
改变串联电路中的电流， 通电一段时间后，仍然是右边U形管两侧液面高度差大于左边U形管两侧液面高度差。
说明： 电流通过右侧容器中的电阻丝产生的热量大于通过左侧容器中的电阻丝产生的热量。
由于R左＜R右， 所以在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。
实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多。
演示2：探究电流和电流的关系
实验现象及分析
通电一段时间后，左边U形管两侧液面高度差大于右边U形管两侧液面高度差。
改变两个容器中电阻丝中的电流， 通电一段时间后，仍然是左边U形管两侧液面高度差大于右边U形管两侧液面高度差。
说明：电流通过左侧容器中的电阻丝产生的热量大于通过右侧容器中的电阻丝产生的热量。
由于I右＜I左， 所以在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
演示3：探究电流和通电时间的关系
探究电热与电阻的关系、探究电热和电流的关系实验中，通电时间越长，左边、右边U形管两侧液面高度差都越大。
实验结论：在电流和电阻一定时、通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
归纳：电热跟电流、电阻、通电时间有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
【课堂练习】
【例题1】如图是某小组探究电流通过导体时产生热量的多少跟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)实验中，通过观察U形管中_____________来判断电热丝产生热量的多少，这种研究物理问题的方法叫________法；
(2)由图甲实验可知，通电一段时间后，观察到右侧U形管中液面较高，说明在通电时间相同、电流相等的情况下，_________越大，电流产生的热量越多；
(3)由图乙实验可知，通电一段时间后，观察到左侧U形管中液面较高，说明在通电时间相同、电阻大小相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越_________（选填“多”或“少”）。
【答案】（1）液面高度差 转换 （2）电阻 （3）多
【解析】（1）在探究电流通过导体产生热量多少跟什么因素有关的实验中，电流通过导体产生热量多少不能直接观察，可以通过U形管中液面高度差的变化来反映，通过观察U形管中液面高度差判断电热丝产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
（2）由甲图可知，两段阻值不同的电阻丝串联，通过的电流相同、通电时间相同，可探究电流产生的热量与电阻的关系。通电一段时间后，右侧电阻较大，右侧U形管中液面高度差较大，可以得到在通电时间相同、电流相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。
（3）在乙装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，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中的电流相等，容器内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，可探究电流产生的热量与电流的关系。通电一段时间后，通过左侧电阻的电流较大，左侧U形管中液面高度差较大，由此可知在通电时间相同、电阻大小相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。
知识点二 焦耳定律
二、焦耳定律
英国、理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系，即焦耳定律。
①内容： 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。
②公式： Q = I2Rt
③公式中各量单位：I表示电流，单位是安培（A）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；
t 表示时间，单位是秒（S）；Q 表示热量，单位是焦耳（ J ）。
电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W, 即Q=W=UIt
因为W=UIt，由欧姆定律得 U=IR
所以 Q = W = UIt = I2Rt
【解释问题】电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
解释：用导线把电炉接到电路中，通过导线的电流全部通过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。导线的电阻很小，只有百分之几欧姆，而电炉丝的电阻为几十欧姆。 相同时间内电流通过电炉丝产生的热量远大于通过导线产生的热量。 所以，电炉丝很热，而导线却不热。
④电功与电热的区别和联系
(1)电功与电热的区别
电功W是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。
电热Q是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。
(2)电功与电热的联系
在纯电阻电路，电流所做的功只转化为内能，电路消耗的电能和生成的内能在数值上是相等的，即W=Q，如电炉、电热器、电熨斗等.
在非纯电阻电路中，如含有电动机等，电流做的功一部分转化为内能，大部分转化为机械能，通过线圈电阻R的电流仍使线圈发热，产生的热量Q=I2Rt，但此时Q≠W，而是Q＜W，即:电功=内能+机械能 W=Q+W机械能
【例题2】四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4.如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中；如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1＝R3，R2＝R4，R1＞R2.
【解答】（1）在串联电路中，通过电阻为R1和R2的两个电阻器的电流相等。根据焦耳定律Q＝I2Rt，当I相同、t相同时，Q与R成正比，由于R1＞R2，因此相同时间内电阻为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。
（2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律 Q =I2Rt 和欧姆定律可得 .由公式可知，电压相同时，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比，且 R3 ＞R4，因此相同时间内电阻为 R4的电阻器放出的热量比电阻为 R3的电阻器多。
【例题3】（2025年江西中考题）如图所示，电源电压恒为9V，R1为定值电阻，R2为电阻箱（能够表示出阻值的变阻器）。
（1）闭合S1、断开S2，电流表的示数为0.9A，求R1的阻值和R1工作100s产生的热量；
（2）把电阻箱R2的阻值调为18Ω，闭合S1和S2，电流表的示数为1.4A，求R2两端的电压和通过R2的电流。
【解答】（1）图示电路中，闭合S1、断开S2，R2断路，只有R1工作。电流表测量R1中的电流，I1=0.9A，由欧姆定律得，R1的阻值
R1工作100s产生的热量Q=I12R1t=（0.9A）×10Ω×100s=810J
（2）闭合S1和S2，R1和R2并联，电流表测量干路中的电流，I=1.4A，
R2两端的电压等于电源电压，为U2=U=9V
由并联电路的电流规律得，R2中的电流I2=I-I1=1.4A-0.9A=0.5A
【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
二者不矛盾。
由 知，在电压一定时，电阻越小，单位时间内产生的热量越多；
由焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流一定时， 电阻越大，单位时间内产生的热量越多。
知识点三 电热的利用和防止
电热的利用和防止
（1）电热的利用：电热水器、电饭锅、电熨斗等都是利用电热加热物体的，工作过程中将消耗的电能全部转化为内能。
利用电热鸡苗孵化器孵小鸡。
（2）电热的防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。
笔记本电脑采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。
一些手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热。
电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。
投影仪的散热方法：除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。
大数据服务器会产生大量电热，可通过多种方式进行散热。
【课堂练习】
【例题4】（2024年山东菏泽中考题）下列家用电器，利用电流的热效应工作的是【 】
A．电冰箱 B．洗衣机 C．电脑 D．电饭煲
【答案】D
【解析】利用电流热效应工作的用电器将消耗的电能转化为内能。电冰箱工作时将电能转化为内能与机械能；洗衣机的主要部件是电动机，工作时将消耗的电能转化为机械能和内能；电脑工作时将消耗的电能转化为光能、机械能和内能等；电饭煲是电热器，主要部件是发热体，工作时将消耗的电能全部转化为内能，是利用电流的热效应工作的。
【例题5】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】D
【解析】养鸡场使用电热孵化器孵小鸡、家里使用电热水壶烧水、用电熨斗熨烫衣服，都是利用电流的热效应，将电能转化为内能加热物体的；
电脑温度过高时，风扇会及时启动，给电脑降温，是为了防止电流热效应产生危害的。
【课后作业】 练习与应用： 1、2、3、4、5、6题
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