初中物理沪科版（2024）九年级全册第四节 科学探究：电流的热效应优秀课件ppt

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想一想①导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？ ②点亮的白炽灯泡过一会儿会烫手，说明什么？
第四节 科学探究：电流的热效应
知识一 电流的热效应
（1）寻找以下用电器的共同特点电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。分析：用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。（2）电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能的现象叫做电流的热效应。
主要利用电流热效应工作的装置称为电热器。如图所示的电热油汀、蒸汽电熨斗、电暖器、电水壶和电炉等都是电热器。
【例题1】下列用电器不是利用电流热效应工作的是（　　） A．电饭锅 B．电热毯 C．电风扇 D．电熨斗
ABD．电热毯、电熨斗和电饭锅工作时，主要是将电能转化为内能，是利用了电流的热效应， 故ABD不符合题意；C．电风扇工作时主要将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的， 故C符合题意。
知识二 探究影响电流热效应的因素
【提出问题】电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？
【进行猜想】①电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关?②电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?它们产生的热量是否与电阻有关？③给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？
如图所示，将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油）中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。因此，我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。1. 如何比较通电时间对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制?2. 如何比较电阻丝中的电流大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制?3. 如何比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制?
采用控制变量法进行实验：需要控制电阻与电流相同，而时间不等。如图所示分别是实验电路图和实物图。进行实验时，连接好电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数。保持电流的大小不变，每间隔一定时间记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
1. 探究电流产生的热量与通电时间是否有关？
2. 探究电流产生的热量与电流大小是否有关？
采用控制变量法进行实验：需要控制电阻与通电时间相同，而电流不等。取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，仍按图连接电路。闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与前次相同，记录玻璃瓶内煤油的温度。
采用控制变量法进行实验：需要控制电流与通电时间相同，而电流不等。选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同（记为 t 0）、等质量（记为 m0）煤油的玻璃瓶，按图所示将实验器材连接起来。检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度。
3. 探究电流产生的热量与电阻大小是否有关？
1. 同一根电阻丝，保持通过电阻丝的电流不变，改变通电时间，观察液体温度的变化。 实验现象：通电时间越长，温度计的示数变化越大。实验结论：对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，煤油的温度越 ______，表明电流产生的热量越 _______。
2. 将同一根电阻丝接入电路，观察在一定时间内液体温度的变化。保持时间一定，调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流，进行多次实验。实验现象：时间一定时，电流较大时温度计的示数变化大。实验结论：对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油的温度越_____，表明电流越大，电流产生的热量越 _____。
实验结论：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越 _____，表明电阻越大，电流产生的热量越 _____。
3. 将两段阻值不等的电阻丝R1和R2分别安装在两个相同装置中，然后将它们串联后接入电路，通电一段时间，观测两个装置中液体温度的变化。实验现象：阻值较大的电阻R1对应的温度计的示数变化大。
由上述实验可知，影响通电导体产生热量的因素有：电流、导体的电阻、通电时间。
电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。
视频演示——《探究影响导体产生热量的因素》
探究影响电流热效应的因素（第2套经典方案）
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。
（2）实验原理 如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。
（3）研究方法 ①控制变量法 在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 ②转换法 实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
U形管液面的高度差越大，电流产生热量越多。
（4）实验电路为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
（5）进行实验 ①探究电流通过导体时产生的热量跟电阻是否有关？将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，使用学生电源供电（提供的电流大且稳定）。
②电流通过导体时产生的热量跟电流是否有关？使两个密闭容器内部的电阻一样大，在右边容器的外部，将一个阻值相同的电阻R3和这个容器内的电阻R2并联；由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同。
1. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电阻的关系》2. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电流的关系》
【例题2】如图是探究“影响电流热效应的因素”的实验装置，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＞R2，瓶中装有质量相等的煤油。开关闭合，电路接通一段时间后，下列对两烧瓶的对比分析和判断正确的是（　　）
A．因为通过两电阻丝的电流相等，所以两电阻丝两端的电压相等B．因为通过乙瓶电阻丝的电流大，所以乙瓶的温度计示数变化快C．因为甲瓶中煤油的比热容要小，所以甲瓶的温度计示数变化快D．因为甲瓶中电阻丝产生的热量多，所以甲瓶的温度计示数变化快
AB．由图知：两段电热丝串联在同一电路中，所以通过的电流相同，因为R1＞R2，由欧姆定律得，R甲两端的电压大于R乙两端的电压，故AB错误；CD．已知R1＞R2，表明该实验条件下，导体的电阻越大，电流产生的热量越多。甲瓶温度计示数升高快，实验中加热的是相同质量的同种物质，说明甲瓶中电热丝产生的热量多，故C错误，D正确。 所以选D。
（1）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较________________，来判断相同时间内不同电流产生的热量多少。实验中烧瓶内液体选择了煤油而不是水，主要是因为煤油_________，吸热升温现象明显。
【例题3】在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
（2）小明先测量烧瓶内煤油的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内煤油的温度，得到温度的升高量，然后再移动滑片改变电流大小，重复上述操作，获得以下数据如表：由此得出：同一导体，_____________其产生的热量越多。 （3）若要探究电热与电阻的关系，可选择图乙中____（A/B）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻_______（串联/并联）。（4）如果利用上述实验装置探究“水和煤油吸热升温现象”，则应选择乙图中_____（A/B）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成___________。
通电时间相同，电流越大
（1）煤油比水的比热容小，质量相同，吸收相同的热量，煤油的温度变化比较大，温度计示数变化明显，实验效果比较好。（2）由表格数据知，同一导体，电阻相同，通电时间相同，电流越大，温度升高量越大，说明电流产生热量越多。（3）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小。由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B电阻与甲图中的烧瓶电阻串联。（4）“比较水和煤油比热容的大小”，可以采用质量相同，吸收热量相同的不同物质，所以选择A烧瓶，由于电阻相同，和甲图烧瓶并联，电压相同，电流产生热量相同，并且把烧瓶A的液体换成和甲图中质量相同的水。
1. 内容： 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。2. 公式： Q = I2Rt 公式中各物理量及其单位：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）
焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。即焦耳定律。
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。
3. 物理学家——焦耳
4. 推导焦耳定律  
若电流做的功全部用来产生热量， 即 Q = W  因为电功 W = UIt   根据欧姆定律 U = IR 所以 Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
（1）电功与电热的区别电功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。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
（2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W 。例如，电取暖器、电饭煲、热水器等这些用电器工作时电能全部转化为内能，产生的热量均可用下列公式计算：Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt
②非纯电阻电路在该类电路中，电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能，即电热小于电功 Q热量＜W 。例如，电风扇、洗衣机等。这种情况下，计算电流产生热量的公式为： Q =I2Rt I 表示电流，R 表示用电器（电动机）的电阻。
想一想你现在明白了吗？电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
【例题4】某电热器接入220V的电路中正常工作时，其电阻丝的电阻为55Ω，则该电热器在20 min内会产生多少热量?
分析：根据欧姆定律可求出通过电阻丝的电流，根据焦耳定律可求出由热器在20min内产生的热量.解： 通过电阻丝的电流 I=U/R=220V/55Ω=4A 电热器产生的热量Q=I²Rt=(4A)² ×55Ω×20×60s=1.056×106J答：电热器在20min内产生的热量为1.056×106J
反思：可以用电功的公式W=UIt来求解吗?
也可以用电功的公式W=UIt求解。因为电热器产生的热量等于电流做的功。
【例题5】某品牌的电烤箱内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。其高温挡功率为1100W，低温挡功率为440W，求：（1）电路中R1的阻值多少？（2）电烤箱在高温挡正常工作10min所产生的热量是多少J？（3）电烤箱在低温挡正常工作时，R2的功率是多少W？
科学探究 电流的热效应
1．一电热器电阻丝的电阻为120Ω，接在220V 的电路中，通电15min 产生__________ J 的热量。
电热器电阻丝为纯电阻电路，则由可得通电 15 min 产生的热量
2．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则（   ） A．甲的电阻一定比乙的电阻大B．甲两端的电压一定比乙两端的电压大C．甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大D．通过甲的电流一定比通过乙的电流大
电热丝通电后放出热量，其增加的内能由电能转化而来；由Q=W=Pt可知：在相同时间内产生热量多，就意味着单位时间内电流做的功多，则甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大，而功率的大小可能与导体两端的电压、通过的电流、本身的阻值有关；所以无法比较电热丝甲与电热丝乙两端的电压、通过的电流、本身的阻值大小。故选C。
3．一台电动机的额定电压是 220 V，其电阻是 1 Ω。正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为（   ） A．48 400 W B．25 WC．1 100 W D．1 075 W
电动机因发热损失的功率P热=UI=I2R=(5A)2×1Ω=25W故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。
4．某导体电阻为20Ω，通电1min 产生的热量是 4800J。求：（1）通过它的电流为多少？（2）当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是多少？
1. 电线通电后会发热是什么原因？
答：因为电线也有电阻，根据焦耳定律可知，电线也会发热。
答：因为发热盘与导线串联，所以电流I一样，又因为发热盘的电阻比导线大得多，根据焦耳定律公式Q=I2Rt可知，通电的时间相同，发热盘产生的热量比导线大得多，所以发热盘非常热而导线却不热。
2. 示例：给电饭煲通电后，电饭煲里的发热盘非常热，但是连接电饭煲的导线却不怎么热，这是为什么?
1. 下列四种电器，利用电流热效应工作的是（ ） A. 洗衣机 B. 电视机 C. 录音机 D. 电饭煲
电饭煲是利用电流热效应工作的。洗衣机主要把电能转化为机械能；电视机主要把电能转化为光能与声能；录音机主要转化为机械能。 所以选D。
2. 将规格都是“220V 180W”的一台电风扇和一床电热毯，都接入家庭电路中，通电时间相同，则下列说法正确的是（ ）A. 电风扇产生的热量多 B. 电热毯产生的热量多C. 二者产生的热量一样多  D. 无法比较二者产生的热量
①家庭电路中，电压U=220V，二个用电器的功率相同；② 电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热量很小；电热毯工作时把电能几乎全部转化为内能，所以产生热量多的是电热毯。
3. 小华的爷爷购买了一个电热水器，使用时发现通电不长时间，其电源线很热，甚至能闻出橡胶的焦味，于是决定用他学过的物理知识向消费者协会投诉，他可从以下哪个方面的鉴定提出投诉（ ）A．电压太高 B．导线太短 C．导线太粗 D．导线太细
根据焦耳定律Q=I2Rt，当导线中的电流、通电时间一定时，引起电热过多的原因是电阻太大； 因为材料、长度、横截面积、温度都影响电阻，由生活经验可知，商家不能通过长度、温度作弊的，只能从材料、横截面积方面，所以应该是导线太细导致电阻过大的原因。
4. 用如图的装置探究影响电流热效应的因素，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＜R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是 （ ）
A．该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快C．实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少D．观察实验现象可知：在其它条件相同时，电阻越大产生的热量越少
①由图可知，两电阻丝串联，电流、通电时间都相同，但电阻不同，故该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；②由焦耳定律Q=I2Rt可知，电流和通电时间相同时，电阻越大，放出的热量越多，由于R1＜R2，故R2放出的热量多，温度计示数升的高，故B与D错误；
③通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，这个研究方法可以称之为转换法，故C正确.
5. 如图甲所示是某品牌电饭煲，图乙是该电饭煲的原理图。它有高温和保温两档，通过开关S进行调节，R0与R为阻值不同的电热丝。现在将该电饭煲接在220V的电源上，用高温档工作时，电路的总功率为1000W；用保温档工作时，电路的总功率为440W。求：①电饭煲在高温档时，开关S应____（选填“闭合”或“断开”）。②电热丝R0的阻值是多少？③当电饭煲处于保温档时，电路中的电流是多少？
①由公式P=UI=U2/R知，电压一定时，P与R成反比，开关S应闭合时，电阻R被短路，电路中的电阻最小，电路的电功率最大。所以电饭煲在高温档时，开关S应闭合。
②由公式P=UI=U2/R得电热丝R0的阻值是： R0＝U2/P=（220V）2/1000W=48.4Ω ③由题意分析知，开关S断开时，电路串联，电路的总电阻最大，电路的总功率最小，电路处于保温状态。由公式P＝UI得当电饭煲处于保温档时，电路中的电流是： I保=P保/U=440W/220V=2A
6. 学校物理探究小组用如图所示装置探究影响电流热效应的因素。（1）在A、B两烧瓶内装入初温和质量都相等的煤油，RA和RB串联是为了控制_______ 和加热时间相同，如果有秒表，利用该装置______ （选填“可以”或“不可以”）探究电热与电流的关系；（2）如果要用该装置来探究不同液体的吸热特点，则将对实验器材作哪些改进__________ 、_________。