人教版九年级物理全册教学案：第十八章电功率第4节 焦耳定律（答案含解析）

第十八章　电功率
第4节　焦耳定律
学习目标
1.知道电流的热效应。
2.理解焦耳定律的内容,会运用公式进行简单的计算。
3.知道电热的利用和防止的生活实例。
自主探究
1.电流通过导体时,导体发热,电能转化成　　　　,这种现象叫做电流的热效应。
2.电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成　　　　,跟导体的电阻成　　　　,跟通电时间成　　　　,这个规律叫做焦耳定律。
3.如果热量用Q表示,电流用I表示,电阻用R表示,时间用t表示,则焦耳定律的表达式为　　　　。
合作探究
一、电流的热效应
实物展示:把一只取暖器接在电路中,引导学生观察现象,并感受其产生的热量,然后用手摸一下导线感受其是否发热。
生活举例:生活中像取暖器这样的用电器,通电以后会产生热量的用电器还有很多,你能列举一下吗
答案点拨:电熨斗、电饭锅、电烙铁、电吹风机、电热水器等。
思考讨论:取暖器的电阻丝通过导线接到电路中,通过电阻丝和导线的电流相同,为什么电阻丝热得发红,而导线却几乎不发热呢 电流通过导体时产生的热的多少跟什么因素有关
答案点拨:电阻丝与导线相比较,电阻丝的电阻大,导线的电阻可以忽略不计。电流通过导体时产生的热与导体的电阻有关。
活动体验:
1.两个透明容器中密封着等量的空气,密闭容器中各有一段电阻丝,右边的电阻丝的电阻比较大。两电阻丝串联起来接到电源两端,通电一段时间后,比较U形管中液面高度的变化。
2.两个透明容器中密封着等量的空气,密闭容器中各有一段电阻丝,两电阻丝的电阻相同。右边的电阻丝与一个相同的电阻丝并联后再与左边的电阻丝串联起来接到电源两端,通电一段时间后,比较U形管中液面高度的变化。
方法指导:在实验中,将不易观察到的现象通过其他方式直观、形象地显示出来的方法,我们称之为转换法。
归纳总结:在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量　　　　。在电阻相同、通电时间相同的情况下,电流越大,产生的热量　　　　。
二、焦耳定律
自主学习:阅读课本P100“焦耳定律”的内容,学习有关的知识。
公式推导:电流通过导体时,如果电能全部转化为内能,那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能,等于电流所做的功W,即Q=W=UIt。
根据欧姆定律得,U=IR,
联立可得,Q=I2Rt.
[例题]一根60
Ω的电阻丝接在36
V的电源上,在5
min内共产生多少热量
解:根据欧姆定律得,通过电阻丝的电流为I===0.6
A
根据焦耳定律可得,电流产生的热量为
Q=I2Rt=(0.6
A)2×60
Ω×5×60
s=6
480
J。
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
答案点拨:比较额定电压相同的灯泡,在相同时间内产生的热量。由于通过灯泡的电流不同,无法直接根据焦耳定律Q=I2Rt判断。结合欧姆定律I=,根据Q=t可知,电阻越大的灯泡产生的热量越少。
三、电热的利用和防止
自主学习:阅读课本P101“电热的利用和防止”的内容,讨论回答下列问题。
1.电热对我们是有利还是有害的
2.生活中我们是如何利用电热的
3.有时电热会给我们造成什么危害 我们又是如何防止的呢
答案点拨:
1.电热既有利又有害。
2.生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电熨斗、电饭锅、电热水器等都是利用电热的电器。
3.电热过多会烧坏用电器,产生很多安全隐患;电视机的后盖有很多孔,就是为了通风散热,使用时一定要把防尘布罩拿开。电脑里安装了微型风扇及时散热。
课堂检测
1.如图所示的各种用电器中,利用电流的热效应来工作的是(　　)
2.当电源电压一定时,为了使电炉的电热丝在相等的时间内发热量增加,可采取的措施是(　　)
　　A.增大电热丝的电阻
B.减小电热丝的电阻
C.在电热丝上并联电阻
D.在电热丝上串联电阻
3.下列事例中,能防止电热造成危害的是(　　)
A.收音机、电视机的机壳上开有许多小孔
B.高空飞行员所穿衣服里的电热保暖装置
C.用于烘干物体的电烘箱
D.大型爆破工程,常常用电热装置引爆炸药
4.张亮同学仔细观察家中的电视机、电风扇、白炽灯和节能灯四种电器,发现它们上面都标着“220
V　40
W”的字样,若它们都在额定电压下工作相同的时间,放出热量最多的是(　　)
A.电视机
B.电风扇
C.白炽灯
D.节能灯
5.陈师傅在检修一只1
000
W的电炉时,发现电炉丝断了一小截,他用一段较细一些但由同种材料制成的电炉丝将残缺部分补接至原长,这样再接入原电路中时,其实际发热功率将(　　)
A.小于1
000
W
B.等于1
000
W
C.大于1
000
W
D.无法判断
6.当温度下降到很低时,导体电阻会突然消失,称为超导现象,假如,白炽灯灯丝、电动机内线圈、电饭锅的发热板、电熨斗的发热电阻都是用超导材料制作的,则下列说法正确的是(　　)
　　A.灯仍发光
B.电动机运转且效率比原来更高
C.电饭锅仍能煮饭
D.电熨斗仍能熨衣服
7.关于电热和电热器有以下几种说法,正确的是(　　)
A.电热只有积极作用而无消极作用
B.电热器的电阻越大,电流通过它时产生的热量就越多
C.电炉、电烤箱、电吹风、电熨斗、电风扇等都是电热器
D.500
W的电热器连续正常工作2
h就消耗1
kW·h的电能
8.如图所示,是研究电流热效应的部分实验电路,甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小,下面关系中正确的是(　　)
A.U甲=U乙,Q甲=Q乙
B.U甲Q乙
C.U甲D.U甲>U乙,Q甲9.小明家新买了一个规格为800
W的电热水壶,他经过几次实验后发现,晚饭后烧开一壶水总比早晨烧开一壶水所用的时间长,你认为主要原因是(　　)
A.晚间大气压升高,水的沸点升高,需要的热量比早晨多
B.晚间电热水壶两端的电压低于早晨电热水壶两端的电压
C.晚间水蒸发更快,带走更多的热量
D.晚间环境温度比早晨的温度低
10.一台电动机正常工作时,两端的电压为220
V,通过线圈的电流为10
A,若此线圈的电阻为2
Ω,那么它的电功率是　　　　
W,这台电动机1
min内产生的热量是　　　　
J,这台电动机的效率是　　　　。

11.因为忙于中考复习,小丽已经很长时间没有打开过自己的电脑了,进入潮湿的夏季后,爸爸建议小丽定期给电脑通一会儿电。请你解释这样做的道理。
12.如图是某品牌家用电饭锅的工作原理图,已知R2的阻值为44
Ω;单独闭合开关S1时,电饭锅处于保温状态,此时的保温功率为40
W。求:
(1)R1的阻值;
(2)同时闭合开关S1、S2,电饭锅工作1
min消耗的电能。
参考答案
自主探究
1.内能
2.正比　正比　正比
3.Q=I2Rt
合作探究
一、电流的热效应
越多　越多
课堂检测
1.B　解析:B项中电炉子是利用电流的热效应来工作的;A、C、D三项均不是利用电流的热效应来工作的,而且在工作过程中要减少电流的热效应的不利影响。
2.B　解析:在电压一定的条件下,根据P=可知,减小电热丝的电阻才可增加电功率,即在相同的时间里发热多,故B项正确。
3.A　解析:收音机、电视机的机壳上开有许多小孔,是为了散发收音机、电视机工作时产生的热量,能防止电热造成危害。B、C、D三项都是利用电热的事例。
4.C　解析:当电流流经电视机、电风扇、白炽灯、节能灯时,都要消耗电能,且在相同时间内消耗的电能相同,但只有电流流经白炽灯时,消耗的电能大部分转化为热能,可见产生热量最多的是白炽灯。
5.A　解析:由题意可知,修补电炉所用的电炉丝与原来的电炉丝长度、材料相同,但横截面积较小,因此电炉丝修补后的电阻比原来增大了,根据公式P=可知,在U不变,R增大时,P将减小,A项正确。
6.B　解析:白炽灯发光、电饭锅煮饭、电熨斗熨衣服都是利用电流热效应来工作的,假如它们用超导材料制作,由于电阻为0,根据焦耳定律Q=I2Rt,它们都不能工作。而电动机工作时电能主要转化为机械能,由于电流热效应,同时线圈发热,如果线圈电阻为0,则电能全部转化为机械能,减少了能量损耗。
7.D　解析:电热既有利也有害,A项错误;根据Q=I2Rt,电流通过电热器产生的热量由电流I、电阻R和通电时间t共同决定,电阻越大,产生的热量不一定多,B项错误;电吹风、电风扇不是电热器,C项错误;500
W的电热器连续正常工作2
h,消耗的电能W=Pt=0.5
kW×2
h=1
kW·h,故D项正确。
8.C　解析:甲、乙两电阻丝串联,甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值,根据串联电路的分压特点,U甲9.B　解析:晚间各用户的用电器使用的较多,用电器两端电压小于早晨的电压,由Q=t可知,在相同的时间内,晚间电热水壶放出的热量少,B项正确。
10.答案:2
200　1.2×104　90.9%
解析:电动机工作时的电功率P=UI=220
V×10
A=2
200
W,由于电动机是非纯电阻电路,计算电动机产生的热量应该用基本公式Q=I2Rt=(10
A)2×2
Ω×60
s=1.2×104
J。电动机做的机械功为W=W总-Q=Pt-Q=2
200×60
J-1.2×104
J=1.2×105
J。电动机的效率η==≈90.9%。
11.答案:利用电流的热效应来驱潮。
12.答案:(1)1
210
Ω　(2)6.84×104
J
解析:(1)R1===1
210
Ω。(2)同时闭合开关S1、S2时,两电阻并联,工作1
min,R1消耗的电能W1=P保温t=40
W×60
s=2.4×103
J,R2消耗的电能W2=t=×60
s=6.6×104
J,电路消耗的电能W=W1+W2=2.4×103
J+6.6×104
J=6.84×104
J。