16.4 《科学探究：电流的热效应》课件2021-2022学年沪科版九年级物理全一册（共38张PPT）

第十六章 电流做功与电功率
16.4 科学探究：电流的热效应
学习目标
课时讲解
1
电流的热效应
探究电流产生的热量与哪些因素有关
焦耳定律
课时导入
从身边的问题出发：
冬天到了，小明家买了一台电暖器，他将电暖器接入家庭电路闭合开关后，发现电暖器发热，而连接电暖器的导线却不发热？这是怎么回事呢？
感悟新知
知识点
电流的热效应
1
电烤箱
这些常见家用电器的共同特点？
电取暖器
电热水器
感悟新知
以上家用电器的共同特点是：电流通过用电器时，用电器会发热，将电能转化为内能。
在物理学中，电流通过导体时电能转化为 _________的现象叫做电流的热效应。
内能
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}电热器
能量转化
电能转化为_____________
内能
感悟新知
深度理解
电流热效应的实质是电能转化为内能。对于不同的用电器，在消耗相同的电能时，电能转化为内能的多少是不同的。
生活中有些用电器工作时将电能全部转化为内能，例如，电热毯、电水壶、电饭锅等，这类用电器称为电热器。
有些用电器工作时只将少部分电能转化为内能，例如电流通过电动机时电能大部分转化为机械能，线圈上产生很少的热量。
感悟新知
例 1
[中考·大连] 下列措施中，属于利用电流热效应的是（　　）
A. 电视机的后盖有很多孔
B. 电饭锅的底部装有发热板
C. 与空调器相连的导线很粗
D. 电脑的主机中安装微型风扇
B
感悟新知
思路导引:电视机、导线、电脑产生的热量都是无用的，应采取散热措施减小电热带来的危害；电饭锅利用电流的热效应来产生有用的热量。
辨别电流热效应的利用与防止
1.判断用电器是否利用了电流的热效应，主要从用电器的用途进行分析。例如，电水壶的用途是产生热量，是给水加热，所以它利用了电流的热效应。
2.防止电流的热效应：不需要电流通过导体产生的热效应。例如，电脑、电风扇在工作时发生的电流的热效应是需要防止的。
感悟新知
感悟新知
知识点
探究电流产生的热量与哪些因素有关
2
实验探究：电流产生的热量与哪些因素有关。
【猜想与假设】结合生活经验， 电流产生的热量可能与通电时间、电流、电阻有关。
【实验方法】
1. 电流产生的热量可能与多个因素有关, 需要利用____________法设计实验。
控制变量
感悟新知
2. 如图1 所示，根据“物体吸热升温”原理，可通过__________________________来显示电流产生热量的多少，温度计升高的示数越高，说明电流产生的热量越多。
温度计升高的示数
感悟新知
思想方法
转换法：电流通过导体产生热量的多少不容易通过工具直接测量，需要将其转换为容易观察的现象或物理量。
如图所示，根据“液体或气体热胀冷缩”的原理，可以通过液柱上升的高度或气球的膨胀程度来显示电流产生热量的多少。
控制变量法：探究电流产生的热量是否与某个因素有关时，利用控制变量法。例如，要探究电流产生的热量与电流大小是否有关，应控制通电时间、电阻不变,改变电流的大小。
感悟新知
感悟新知
实验一：探究电流产生的热量与通电时间、电流大小是否有关。
1. 实验设计：要探究电流产生的热量与通电时间是否有关，应控制电流、电阻不变, 改变通电时间；要探究电流产生的热量与电流大小是否有关，应控制 __________、 __________不变, 改变__________的大小。实验电路图如图2 所示。
通电时间
电阻
电流
感悟新知
2. 进行实验：
(1)按照设计好的电路图连接电路，如图3 所示。
(2)闭合开关， 调节滑动变阻器， 保持电路中的电流大小为0.2 A 不变，每隔1 min 记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
感悟新知
(3)取质量、初温都与上述实验相同的煤油，实验电路也与上述实验相同，调节滑动变阻器，保持电路中的电流大小为0.4 A 不变，每隔1 min 记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}电流
I1=0.2 A
时间/min
0
1
2
3
4
5
温度/℃
10
12
14
16
18
20
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}电流
I2=0.4 A
时间/min
0
1
2
3
4
5
温度/℃
10
18
26
34
42
50
感悟新知
3. 分析与论证：
分析表中实验数据得到：
（1）当电阻和电流一定时，通电时间越长，电阻产生的热量越多。
（2）当电阻和通电时间一定时，电流越大，电阻产生的热量越多。
分析解释
实验中为什么选用适量的煤油而不用水?
答：1.不纯净的水是导体；2.由于煤油的比热容比水的比热容小,等质量的煤油和水，吸收相同的热量后,煤油升高的温度高,实验现象明显，便于观察。实验装置中的煤油要适量，必须保证能够浸没电阻丝和温度计的玻璃泡，但煤油的质量不能过多，否则需要加热很长时间。
感悟新知
感悟新知
实验二：探究电流产生的热量与电阻大小是否有关。
1. 实验设计： 要探究电流产生的热量与电阻是否有关， 应控制 _________、 _________不变，改变 _________ 。根据串联电路的特点，可选取两根阻值不同的电阻丝串联接入电路，以保证电流和通电时间相同，所以实验电路图如图5 所示。
通电时间
电流
电阻
感悟新知
2. 进行实验：
（1）按照设计好的电路图连接电路，如图6 所示。
（2）闭合开关，保持电路中的电流大小不变，每隔1 min 记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}电阻
R1=5 Ω
时间/min
0
1
2
3
4
5
温度/℃
10
12
14
16
18
20
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}电阻
R2=10 Ω
时间/min
0
1
2
3
4
5
温度/℃
10
14
18
22
26
30
感悟新知
3. 分析与论证：
分析表中实验数据得到：
当电流和通电时间一定时，电阻越大，电阻产生的热量越多。
感悟新知
例2
[中考·日照改编] 某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图7 甲所示，两个透明容器中密封着等量空气，U 形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝。
感悟新知
(1)请你用笔画线代替导线，把图甲两个容器的电阻丝接到电路中。
感悟新知
(2)实验中通过观察液面高度的变化来比较电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫 ____________。
(3)接好电路，闭合开关，通电一段时间后，_____ （填“左”或“右”）侧U 形管中液面高度变化大，此实验现象表明，在电流和通电时间均相同的情况下， __________越大，所产生的热量越多。
转换法
右
电阻
感悟新知
(4)让两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻和这个容器内的电阻并联（ 如图乙所示）。移走图甲中的电阻， 换接图乙中的电阻到电路中， 重新做这个实验。此时通过两容器中电阻的电流不同， 在通电时间相同的情况下，观察U 形管中液面高度变化，由此得到的结论是_____________________________________________________________________________________________。
在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，产生的
热量越多
感悟新知
(5)若通电一段时间后，发现其中一个U 形管中液面的高度几乎不变，出现该现象的原因可能是 ______________________。
容器的气密性不好
思路导引:两根电阻丝串联时通过它们的电流和通电时间相同；由Q=I2Rt 可知，电阻越大，产生的热量越多，密闭空气吸收热量后，体积膨胀，管中的液面升高；把图乙中的电阻换接到电路中后，控制相同的物理量为电阻和通电时间；不同的物理量是电流，通过左侧容器中电阻的电流大，通过右侧容器中电阻的电流小；实验现象：左侧U 形管中液面高度变化大；结论：在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。
感悟新知
利用控制变量法分析电流产生的热量与哪些因素有关
1. 明确实验探究对象；
2.找出实验中相同的物理量以及不同的物理量；
3. 分析实验中的现象；
4.以相同的物理量为条件，不同的
物理量及其对应的现象为结果得
出结论。
感悟新知
多种方法显示电流产生热量的多少
1.通过观察玻璃管中煤油上升的高度来判断电热的多少。
2.通过观察温度计的示数来判断电热的多少。
3.通过观察玻璃管口气球体积膨胀程度来判断电热的多少。
4.通过观察电热丝点燃火柴时间的长短来判断电热的多少。
5. 通过观察U形管中液面高度的变化来判断电热的多少。
感悟新知
感悟新知
知识点
焦耳定律
3
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840 年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，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这一规律被称为焦耳定律。
焦耳定律可以用公式表示为Q=I2Rt。
延伸拓展
1.焦耳定律公式Q=I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，都可以用它来计算电流所产生的热量。
2.电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，则电流产生的热量等于电流所做的功，即Q=W=Pt=I2Rt=U2/R t。
感悟新知
感悟新知
例 3
一台线圈电阻为0.3 Ω 的电动机，接在12 V 的电源上时，通过电动机的电流为0.5 A，在2 min 内电流产生的热量是_______ J，转化成的机械能是 _________ J。
9
711
感悟新知
思路导引：电流通过电动机做功，将电能转化为机械能和内能；电流做的功W=UIt=12 V×0.5 A×2×60 s=720 J；电动机线圈产生的热量Q=I2Rt=（0.5 A）2 ×0.3 Ω×2×60 s=9 J；转化成的机械能W机械=W-Q=720 J-9 J=711 J。
电热的计算模型
1. 电热器电路: 用电器将电能全部转化为内能，则用电器产生的热量Q=W=Pt=I2Rt=U2/Rt ，根据已知条件选择合适的公式。
2.电动机电路:用电器将电能转化为内能和其他形式的能，则用电器消耗的电能W=UIt；用电器产生的热量Q=I2Rt。此时W ＞ Q。（其中U为用电器两端的电压，I为通过用电器的电流，R为电阻丝的电阻，t为通电时间）
感悟新知
感悟新知
1. [中考·南充] 小明将线圈电阻为4.84 Ω 的电动机接入220 V 的家庭电路中，关闭其他用电器，只让电动机工作时，观察到他家标有2 000 imp/（kW·h）的电能表3 min 内闪烁了100 次，则电动机在这段时间内消耗的电能为 __________kW·h，电动机线圈产生 __________ J 的热量。
0.05
1.8×104
课堂小结
科学探究：
电流的热效应
焦耳定律
电流的热效应
实验探究
电热的利用和防止
公式：Q=I2Rt
电功与电热的关系
课堂小结
科学探究：
电流的热效应
1.实验探究：(1)方法：控制变量法、转换法等。
(2)技巧：在探究电流产生热量的多少是否与导体的电阻
有关时，要保证电流相等，探究中采取串联的方法来
保证电流相等。
课堂小结
科学探究：
电流的热效应
2.焦耳定律：(1)公式：Q＝ I2Rt。
(2)公式适用范围：适用于电流通过所有导体所产生热量
的计算。对于电动机，消耗的电能只有很小的一部分
转化为热量，这时电流通过电动机线圈发热仍然可以
用该公式计算。只是这时的发热为电能的损耗。