18.4焦耳定律（课件）2025-2026学年人教版（2024）九年级物理全册

第十八章 电功率 九下物理 RJ第4节 焦耳定律 1.通过生活实例，认识电流的热效应。2.能通过实验探究，知道影响电热的因素。3.知道焦耳定律；会用电热的公式进行相关问题的分析与计算。4.通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。学习目标课堂导入 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（如图），而导线却几乎不发热?新知探究知识点1 电流的热效应电流的热效应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。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丝和导线中通过的电流相同，电炉丝热得发红电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关?电热的影响因素电热Q电流I电阻R通电时间t控制变量法转换法加热空气电热 Q高度 h实验方法新知探究知识点1 电流的热效应演示电热与电阻的关系视频新知探究知识点1 电流的热效应电流：I1=I2时间：t1=t2控制变量电阻：R2 > R1（自变量）电热：Q2 Q1（因变量）高度： h2 h1Q1Q2电热与电阻的关系实验表明：＞＞在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的电阻______，这段电阻丝产生的热量______。越大越多新知探究知识点1 电流的热效应演示电热与电流的关系视频新知探究知识点1 电流的热效应电热与电流的关系Q1Q3电阻：R1=R3时间：t1= t3控制变量电流：I1 > I3（自变量）电热：Q1 Q3（因变量）高度： h1 h3＞＞实验表明：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______，这段电阻丝产生的热量______。越大越多新知探究知识点1 电流的热效应电热与通电时间的关系实验表明：在电阻相同、电流相同的情况下，电阻丝的通电时间______，电阻丝产生的热量______。越长越多新知探究知识点1 电流的热效应典型例题例1.如图是“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。（1）实验中通过观察___________________来比较电流通过导体产生热量的多少。U形管液面的高度差（2）图甲中R1、R2串联，可探究电流产生的热量与______的关系。（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是使电阻R1和R4中的电流________（选填“相等”或“不相等”）。电阻不相等转换法控制变量法新知探究知识点2 焦耳定律焦耳 James Prescott Joule（1818—1889） 英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840 年最先确定了电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系。新知探究知识点2 焦耳定律焦耳定律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。这个规律叫作焦耳定律（Joule’s law）。1.内容：2.公式：Q ＝ I 2 R t 3.单位：焦耳（J） Q 焦耳—JI 安培 —A R 欧姆—Ω t 秒— s1J = 1 A2·Ω·s新知探究知识点2 焦耳定律解析： 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，而电炉丝的电阻比电线的电阻大得多，根据焦耳定律 Q=I²Rt 可知，在相同时间内电流通过电炉丝产生的热量比通过电线产生的热量大得多，因此电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。讨论：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? 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。若 Q＝W ＝UIt 由欧姆定律 U＝IRQ＝ U I t IRI 2R t新知探究知识点2 焦耳定律4.说明： 若电流通过用电器，电能没有全部用于产生热量，例如电动机转动时消耗的电能大部分转化为机械能，则消耗的电能大于电流所产生的热量。（W ＞ Q）⇒‌W＝U I t W ＝ t ＝ I2Rt Q ＝ I2Rt Q＝W＝U I t ＝ t注：非纯电阻电路，有 Q ＜ W 知识梳理电功与电热的关系符合欧姆定律典型例题例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。（1）电阻为 R1 和 R2 的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多?解析： （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、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。R1、R2串联，I1=I2，所以，Q1∶Q2 = R1∶R2典型例题例2.四个电阻……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。（2）电阻为 R3和 R4 的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多?（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I = ，可得 Q = t。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。R3、R4并联，U3=U4，所以，Q3∶Q4 = R4∶R3 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?新知探究知识点2 焦耳定律想想议议分析：二者没有矛盾。因为灯泡属于纯电阻性用电器，所以 Q = t 和 Q = I2Rt 这两个公式灯泡都适用。在U、t一定时，Q与R成反比；在I、t一定时，Q与R成正比。新知探究知识点3 电热的利用和防止视频1.电热的利用新知探究知识点3 电热的利用和防止 家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的鸡苗孵化器。2.电热的防止 笔记本电脑通过安装风扇散热，一些手机利用铜片、石墨散热片、热管等散热。大数据服务器会产生大量电热，可通过多种方式进行散热。鸡苗孵化器大数据基地的散热设备 清洁卫生无污染，方便控制，热效率高焦耳定律电流的热效应课堂小结电能转化为内能电热的影响因素焦耳定律内容电阻电流通电时间Q = I2Rt Q = UIt =W推导式纯电阻电路电热的利用和防止随堂练习1. 下列用电器中，主要利用电流的热效应工作的是（ ）解析： 电流的热效应：电能→内能。 A.电视机 B.洗衣机 C.电饭锅 D.电冰箱C随堂练习2. 通过某电阻丝的电流为2 A时，测得它的电阻是2 Ω，该电阻丝1 min产生多少热量?解析： 该电阻丝1 min产生多少热量 Q = I2Rt =(2 A)2×2 Ω×1×60 s = 480 J随堂练习解析：3. 一个电烙铁的额定电压是220 V，在额定电压下工作时的电阻是1 210 Ω，它的额定功率有多大?在额定电压下通电10 min 产生多少热量? 电烙铁是纯电阻用电器，其额定功率为 在额定电压通电10 min 产生热量Q = W=P额t = 40 W×10×60 s=2.4×104 J随堂练习4. 一个电热水壶的容量为1 L，电功率为1 000 W，在标准状态下按上述容量烧开一壶初温为20 ℃的水，至少需要多长时间?【c水=4.2×103 J/(kg·℃)】解析： 一壶水的质量是 m=ρV=1×103 kg/m3×1×10﹣3 m3=1 kg 一壶水吸收的热量 Q吸=c水m(t－t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×( 100 ℃－20 ℃） =3.36×105 J 电热水壶放出的热量至少是 Q放=Q吸=3.36×105 J 故加热至少需要的时间 =336 sA.电脑机箱里装有小风扇B.家电长时间停用，给家电通电除潮C.用电熨斗熨衣服D.冬天用电取暖器取暖5. 下列情况，属于防止电热产生危害的是（ ）随堂练习解析： 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。A