（教科版2024）初中物理九年级上册第6章 第3节焦耳定律（课件）

第3节 焦耳定律九年级物理上册 •教科版2024年第六章　电功率① 理解焦耳定律的物理意义；② 掌握焦耳定律的公式及其应用；③ 理解并区分焦耳定律与欧姆定律的关系，以及它们在电路中的应用。教学重点这些热量从何而来?电流通过导体时，导体会发热。电流的热效应自制灯泡　　如图所示，将钉子垂直穿过橡胶瓶盖，选一条电阻丝，两端分别绕在钉子的尖端，装好后放入玻璃瓶内。钉子之间的电阻丝就如同灯泡中的灯丝。当电流通过时，电阻丝快速发热、变红、发光，但很快就烧掉了。这便是爱迪生研制白炽灯泡的过程。电流的热效应　　电流通过灯泡的灯丝时，灯丝变得灼热而发光，这种电能转化为内能的现象叫作电流的热效应。电炉的电炉丝和导线中通过的电流相同，电炉丝热得发红，说明电炉丝的温度比导线高，电流在电炉丝上产生的热量更多。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?　　通过导体的电流有大小，导体本身有电阻，通电时间有长短，电流产生的热量是否与这些因素有关？【学习任务一】电流的热效应解：带电源的智能控温加热手套的工作原理是电流的热效应，此过程中电能转化为内能；A、电热毯工作时，消耗电能转化为内能，故A正确。B、洗衣机的用电元件是电动机，电动机工作时将电能主要转化为机械能，故B错误；C、电冰箱的用电元件主要是压缩机，压缩机工作时将电能主要转化为机械能，故C错误；D、给充电宝充电时，消耗电能转化为化学能；充电宝对外供电时，化学能转化为电能，故D错误。故选：A。在寒冷的冬天，为了取暖，我国科研人员设计了一种带电源的智能控温加热手套，如图。下列与加热手套工作原理相同的用电器是（　　）A．电热毯B．洗衣机C．电冰箱D．充电宝A【变式训练】电流的热效应现代社会人们的生活越来越离不开电，下列电器工作时主要利用了电流热效应的是（　　）A．电风扇B．电铃C．电烤箱D．电冰箱C解：A、电风扇工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故A错误；B、电铃工作时注意把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B错误；C、电烤箱工作时把电能全部转化内能，是利用电流的热效应工作的，故C正确；D、电动机将电能转换为机械能，驱动压缩机运转，不是利用电流热效应工作的，故D错误；故选：C。【实验】电流产生的热量与什么因素有关猜想与假设电阻的大小、电流的大小、通电时间的长短当一个物理量可能与多个因素有关，应采用什么研究方法?控制变量法怎样比较电流流过导体时产生热量的多少呢?转换法实验思路　　选取阻值不一样的电阻丝，如5Ω和10Ω的电阻丝，装入实验装置中，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。实验过程①电热与电阻的关系　　如图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。你看到的现象说明了什么？结论一：在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的电阻越大，电阻丝产生的热量越多。②电热与电流的关系　　　　选取阻值相同的两个5Ω电阻丝，装入两个透明容器中，并在其中一个容器的外部，并联一个阻值为5Ω电阻丝，则通过两个容器中电阻丝的电流不同。　　　　闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？结论二：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的电流越大，电阻丝产生的热量越多。③电热与通电时间的关系　　　　将一阻值为5Ω电阻丝，装入一个透明容器中。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？结论三：电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。通电时间越长，电阻丝产生的热量越多。归纳总结· 在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。· 在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流越大，电阻产生的热量越多。· 在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。　　从能量角度来说，电能转化为内能的过程，是用电器消耗电能做功的过程。所以，我们可以利用电功关系进行理论探究。电流产生的热量与电阻的关系　　两个定值电阻（R1＞R2）串联起来，接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后，假设电能全部转化为内能，对这两个电阻产生的热量，应用电功计算式和欧姆定律进行分析，我们能得出什么推论？W=UItU=IRW1=U1I1t=I1R1×I1t=I2R1tI=I1=I2W2=U2I2t=I2R2×I2t=I2R2tW2＞W1结论：在电流和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟导体电阻成正比。【学习任务二】电流产生的热量与电阻的关系如图是探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关的实验装置。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。下列说法正确的是（　　）A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小B解：AB、装置甲中一个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电流相等，即I右=I左，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，由Q=I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，玻璃管左侧液面高度差更大，故A错误，B正确。CD、在乙装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，即是探究电流产生的热量与电阻大小的关系；故由Q=I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多；故CD错误。故选：B。【学习任务三】电流产生的热量与电流的关系如图是探究电流的热效应与什么因素有关的实验，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法错误的是（　　）A．该实验装置是为了探究电流热效应与电流的关系B．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大C．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，就可以探究电流热效应与电阻的关系D．该实验装置是利用U形管中液柱高度的变化来比较电阻丝产生热量的多少的C解：A、由电路图可知，右侧两电阻并联后与左侧电阻串联，由并联电路的电流特点可知，通过两个透明容器中相同电阻的电流不同，该实验装置是为了探究电流热效应与电流的关系，故A正确；B、通电一段时间后，电阻相同，根据Q=I2Rt可知，时间和电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多，左边的电流大，则产生的热量多，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大，故B正确；C、不改变导线的连接方式，将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，此时两容器中电阻丝的阻值不相等，通过它们的电流也不同，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故C错误；D、电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但容器中空气温度的变化会导致容器中空气体积的变化，即可以通过U形管中液面高度差的变化来反映电阻丝放出热量的多少，故D正确。故选：C。【学习任务四】电流产生的热量与通电时间的关系利用如图所示电路可定性研究电热与电流、电阻和通电时间的关系，图中三个电阻的材料和质量相同，且R1=R3=5Ω，R2=10Ω，三个电子温度计分别与之相连（图中未画出），并能测量它们的温度。闭合开关后，每隔一定时间记录各电阻的温度，通过比较温度的变化来间接反映电阻产生电热的多少。下列有关分析与推断错误的是（　　）A．分析任意一个电阻的温度变化，可知电热与通电时间有关B．分析比较R1和R2的温度及变化，可知电热与电阻有关C．分析比较R1和R3的温度及变化，可知电热与电流有关D．分析比较R2和R3的温度及变化，可知电热与电流和电阻有关D解：A、由Q=I2Rt可知，对同一电阻而言，通过的电流不变时，通电时间越长，产生的热量越多，温度越高，故A正确；B、探究电热与电阻关系时，由Q=I2Rt可知，需保持电流和通电时间相同，电阻不同；根据题意和电路图可知，R1≠R2，并且R1、R2串联，即通过的电流和通电时间相等，因此分析比较R1和R2的温度及变化，可知电热与电阻有关，故B正确；C、探究电热与电流关系时，由Q=I2Rt可知，需保持电阻和通电时间相同，电流不同；根据题意和电路图可知，R1=R3，并且R1、R2串联后与R3并联，由于两支路的总电阻不同，因此通过它们的电流不同，故分析比较R1和R3的温度及变化，可知电热与电流有关，故C正确；D、根据控制变量法可知，探究电热与电流、电阻以及通电时间是否有关时，变化的量只能有一个，其它因素均不变，因此不可以探究电热与电流和电阻的关系，故D错误。故选：D。Q 的单位：JI 的单位：AR 的单位：Ωt 的单位：s焦耳定律1.内容：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（电热）与电流、电阻和通电时间的关系。电流通过导体产生的热量跟电流二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这个规律叫作焦耳定律。2.表达式：用I表示电流，R表示电阻，t表示时间，只表示热量，焦耳定律可以表示为Q＝I2Rt3.焦耳定律的理解①焦耳定律定义式Q=I2Rt，只适用于计算电流通过导体时产生的热量。②电功的计算式W=UIt，适用于计算将电能转化为各种形式的能的过程中电流做的功。【例题】 某电热器的电阻为100Ω，若它在220V 电压下工作8min，该电热器产生的热量约为多少焦？解：已知 U=220V，R=100Ω，t=8min =480s。由欧姆定律，得将I的值代入焦耳定律的公式，得Q=I2Rt=（2.2A）2×100Ω×480s ≈ 2.3×105J答：这个电热器产生的热量约为 2.3×105J。学习了焦耳定律，请你解释电暖器电热管发热，而导线几乎不发热的原因。通过导线电流跟电炉丝中的电流相等导线的电阻很小电炉丝的电阻较大在相同时间内，电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，所以电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。【学习任务五】焦耳定律的应用小邦家的电热取暖器的电源线坏了，他在淘宝网上新买了一根，使用时闻到橡胶的焦糊味，他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，其他用电器仍然正常工作，你认为引起电源线过热的原因可能是（　　）A．新买的电源线太短B．新买的电源线太粗C．新买的电源线太细D．电路的电压不稳定C解：A、跟电源线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，如果电源线短，电源线的电阻将会很小，产热将会很少，不会烧焦，故A不符合题意。B、电热取暖器跟电源线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，如果电源线太粗，电源线的电阻将会很小，产热将会很少，不会烧焦，故B不符合题意。C、电热取暖器跟电源线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，电源线烧焦说明电源线的电阻过大（电源线过细），故C符合题意。D、电路中各用电器之间属于并联，其它用电器仍正常工作，说明电路电压正常，故D不符合题意。故选：C。【变式训练】焦耳定律的应用取口香糖锡纸，剪成如图所示形状，将带锡一面两端的M、N两点分别接触电池正、负两极，其中AB和CD段等长。发现锡纸条很快开始冒烟、着火，下列分析正确的是（　　）A．AB段的电流比CD段的小B．AB段的电阻应该小于CD段的电阻C．AB段和CD段的电压相等D．根据焦耳定律分析，正常情况下应该是AB段先冒烟D解：ABD、口香糖锡纸的AB和CD段材料和长度相同，横截面积不同，AB段的电阻较大，两段是串联的，电流相同，根据焦耳定律Q=I2Rt可知：AB段产生的热量更多，更易容冒烟，故D正确，AB错误；C、根据欧姆定律，电流相同，电阻大的导体两端的电压较大，AB段的电压较大，故C错误。故选：D。电热的利用与危害电流的热效应在生产生活中有着广泛的应用。常见的家用电热器、孵化器、电烤箱、烘干机等也利用了电流的热效应。1.电热的利用它们的发热体都由电阻较大的电阻丝制成，工作时消耗的电能几乎全部用来产生热量，有较高的效能。2.电热的危害电流的热效应也可能产生危害。例如，电视机、电脑等用电器工作时，都不可避免地会发热。这种发热既浪费电能，又会使用电器因升温而出现被烧坏的危险，因此很多用电器采用设置散热孔、散热片或在发热部位安装电风扇等方法散热。【学习任务六】电热的利用与危害解：电风扇、日光灯、电烙铁三个用电器的额定功率均为60W，正常工作时的功率和额定功率相等，由W=Pt可知，相同时间内三者电流做功一样多；电风扇把电能转化为机械能和内能，电灯把电能转化为内能和光能，电烙铁把电能转化为内能，故电风扇、电烙铁、日光灯正常工作时，相同的时间内电烙铁产生的热量最多。故选：B。电风扇、电烙铁、日光灯三个用电器上都标有“220V，60W”字样，正常工作时，相同的时间内（　　）A．电风扇产生的热量最多B．电烙铁产生的热量最多C．日光灯产生的热量最多D．三者产生的热量一样多B【变式训练】电热的利用与危害电流热效应在生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害，下列情况中不属于防止电热危害的是（　　）A．电视机的后盖有许多孔B．家电长时间停用，隔段时间应通电一次C．电动机外壳有许多散热片D．电脑主板的CPU上有小风扇B解：A、电视机的机壳上有许多小孔是为把各电器元件产生的热量及时散失掉，故A不符合题意。B、家电长时间停用，隔一段时间应通电一次防止家电受潮，再次使用时被损坏，故B符合题意。C、电动机外壳有许多散热片，可以用来散热，故C不符合题意。D、过多的热量会影响计算机CPU的正常工作，CPU上有风扇，这都是为了散失热量，故D不符合题意。故选：B。· 在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。· 在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流越大，电阻产生的热量越多。· 在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。焦耳定律电热的利用和防止电流的热效应焦耳定律定义电流产生的热量与什么因素有关Q＝I2Rt1.如图，芯片体积小，元件密集。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有电阻，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的____效应。为了不影响芯片的性能，通常让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过________的方式改变芯片内能。热传递热【解析】解：由于芯片元件有电阻，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的热效应。为了不影响芯片的性能，通常让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过热传递的方式改变芯片内能。故答案为：热；热传递。2.把两个电阻R1、R2串联在电路中，R1=6Ω，R2=9Ω，在相同通电时间内，通过R1、R2的电流之比为_____，电流通过R1、R2所做的功之比为_____，电流通过R1、R2产生的热量之比为_____。2：31：12：3【解析】解：把两个电阻R1、R2串联在电路中时，因串联电路中各处的电流相等，所以通过R1、R2的电流之比为1：1，由W=I2Rt可得，在相同通电时间内，电流通过R1、R2所做的功之比：W1：W2=I2R1t：I2R2t=R1：R2=6Ω：9Ω=2：3，由Q=W可得，电流通过R1、R2产生的热量之比：Q1：Q2=W1：W2=2：3。故答案为：1：1； 2：3； 2：3。【解析】解：由图可知，两电阻丝串联，由串联电路各处电流相等可知，通过两电阻丝的电流相等。在通电时间相同时，电阻大的电阻丝产生的热量多，由于R1＜R2，所以B中R2产生的热量多，则B气球先鼓起来。串联电路的电流处处相等，在通电时间相同时，电炉丝电阻大产生的热量多，连接它的导线电阻小产生的热量少，所以该装置能解释电炉丝热得发红而连接它的导线却几乎不发热现象。故答案为：B；能。3. 如图所示是某初三老师在探究焦耳定律的实验装置，串联的两电阻丝（R1＜R2）封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到___（选填A或者B）气球先鼓起来，该装置____（选填“能”或“不能”）解释“电炉丝热得发红而连接它的导线却几乎不发热”这一现象。B能4.如图所示的电路，当开关S闭合时，电路中的电流为1A，电压表V的示数为9V，定值电阻R的阻值为4Ω，电动机的电能转化为机械能的效率为90%，下列说法正确的是（　　）A．电压表V1的示数为4VB．电动机M的线圈电阻为0.5ΩC．电路消耗的总功率是4WD．通电1min电流通过电动机产生的热量是300JB【解析】解：A、当开关S闭合时，定值电阻与电动机串联，电压表V1测的是电动机M的两端电压；电压表V测的是电源电压，电压表V的示数为9V，则电源电压为9V，电路中的电流为1A，定值电阻的两端电压为U定=IR定=1A×4Ω=4V根据串联电路的电压规律可得，电动机两端电压（即电压表V1的示数）为U1=U-U定=9V-4V=5V，故A错误；C、电路消耗的总功率是P=UI=9V×1A=9W，故C错误；BD、通电1min,电动机消耗的电能为W=U1It=5V×1A×60s=300J，电流通过电动机产生的热量是Q=（1-90%）W=10%×300J=30J，根据Q=I2Rt可得，电动机M的线圈电阻为故B正确，D错误。故选：B。1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。2.拓展性作业：①请观察家中的用电器，列举出至少3个利用电流热效应的例子，提出至少2条防止电流热效应产生危害的措施。②参考教科书中的“家庭实验室”，自己做一个简单的电热器，体会电流的热效应。注意安全，不要长时间通电。