初中物理沪科版（2024）九年级全册电流做功教学演示ppt课件

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实验探究：电流通过导体时产生热量焦耳定律电热的利用与防止
实验探究：电流通过导体时产生热量
1. 电流通过导体时，电能转化为内能的现象叫电流的热效应，如电流通过电炉丝时，电炉丝发光发热，电饭锅通电时发热把饭煮熟。2. 问题: 用电器通电时产生的热量是多少，能否定量计算？猜想: 可能与电流的大小、电阻、通电时间有关。
证据:(1)设计实验①取两个阻值不同的电阻丝分别密封在装有等质量空气的两个容器中，然后串联起来，可以探究电流产生的热量与电阻的关系。
②只取一个电阻丝，改变通过的电流，保持通电时间相等，可以探究电流产生的热量与电流的关系。③保持电阻和电流不变，改变通电时间，可以探究电流产生的热量与通电时间的关系。
(3)实验步骤① 在两个相同的容器中装入质量相等、初温相同的空气，容器中接入两根阻值不同的电阻丝，且让其电阻值R 甲>R 乙，然后在容器中分别插入一支温度计。如图1所示，让两电阻丝串联，检查电路连接无误后，接通电路一段时间，记录两容器中温度计示数的变化。
② 在两容器中的空气温度降到初温后，只把甲容器接入电路，调节滑动变阻器的滑片，增大电路中的电流，重做上述实验，通电时间与上次相同。③ 保持电路中的电流大小不变，再延长甲容器电阻丝的通电时间，记录温度的变化情况。
(4)论证：①在电流及通电时间相同的情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。② 在电阻及通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热量越多。③在电阻及电流相同的情况下，通电时间越长，电阻产生的热量就越多。
深度理解电流的热效应的实质是电能转化为内能，但是不同的用电器电能转化的情况不同。(1) 纯电阻电路(2) 非纯电阻电路
方法点拨在容器中装入等质量的空气，在该实验中的设计意图：在不计热量损失的情况下，电流通过电阻丝产生的热量全部被空气吸收，由Q=cmΔt 可知， 在c、m一定的情况下，可以通过Δt( 温度计的示数变化) 来间接反映电流产生热量的多少。
[中考·兰州]在探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验中，采用了如图2 所示电路。
解题秘方：本题探究影响电流通过导体时产生热量的因素。
(1)为了在短时间内达到明显的实验效果，两容器中应装入质量和初温都相同的_______(填“水”或“煤油”)，实验中通过观察_____________________来比较电流通过导体产生热量的多少。
解析：由Q吸=cmΔt 可知：相同质量的水和煤油，吸收相同的热量时，由于水的比热容大，温度升高得少，温度计的示数变化不明显，故为了实验效果明显，应选用质量和初温都相同的煤油；实验中通过观察两支温度计的示数变化来比较电流产生热量的多少，这里用到了转换法。
(2)如图甲所示，两容器中装有阻值不同的电热丝，可以探究电流通过导体产生的热量与______的关系。
解析：如图甲所示，两电热丝串联，通过两电热丝的电流和通电时间相同，阻值不同，可以探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。
(3)如图乙所示，两容器中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使两电流表示数______(填“相同”或“不同”)，可以探究电流通过导体产生的热量与_________的关系。
解析：如图乙所示，两容器中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，控制电阻和通电时间相同，通过调节滑动变阻器改变电路中的电流，观察容器中温度计的示数变化，可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。
实验改进点拨“探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”也可以采用如下的设计方式：将四段电阻丝a、b、c、d 分别密封在完全相同的容器内，容器内封存一定量的空气，其中图3 乙中另取5 Ω电阻在容器外与容器内电阻并联。
这种设计的优点：(1)容器内封存一定量的空气，空气受热时容易膨胀，导致容器内的气压增大，使U 形管两侧液面存在高度差，便于实验观察；即电流通过电阻丝产生热量的多少是通过观察U 形管中液面的高度差来体现的。(2)图3 甲，两个容器中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，但阻值不同，所以方便探究电流产生的热量与电阻大小的关系。
英国物理学家焦耳做了大量的实验，于18 41 年发现电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和时间的关系：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。
(1)如果用Q 表示电流通过导体产生的热量，I 表示导体中的电流，R 表示导体的电阻，t 表示通电时间。焦耳定律可以用公式表示为Q=I2Rt。(2)单位：I—— A；R—— Ω；t—— s；Q—— J。
深度理解理解焦耳定律：(1)焦耳定律是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算所产生的热量。(2)公式中的各物理量都是对同一段电路或同一导体而言的。
[中考·广安]如图4 所示，电源电压保持不变，滑动变阻器R 的最大阻值为40 Ω，小灯泡L 标有“5 V 2.5 W”的字样，将滑片移到最右端，闭合开关S，电流表示数为0.3 A，忽略温度对灯丝电阻的影响。求：
(1)小灯泡正常发光时的电阻。
【解】由电路图可知，滑动变阻器R 与小灯泡L 串联，电压表测R 两端的电压，电流表测电路中的电流，将滑片移到最右端时，滑动变阻器接入电路的电阻R=4 0 Ω，由串联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻R 总=R+RL=4 0 Ω+ 1 0 Ω=50 Ω，由欧姆定律可知，电源电压U=IR 总=0.3 A×50 Ω=15 V。
(3)将滑片移到某位置，电压表示数为10 V，滑动变阻器电阻丝1 min 内产生的热量。
1 .[中考·金昌] 如图所示，电源电压为9 V且保持不变。闭合开关S 后， 电流表A1 的示数为0.4 A，电阻R2=15 Ω。求：
(1)电流表A2 的示数。
(2)1 min 内，电阻R2 上产生的热量。
【解】1 min内，电阻R2上产生的热量Q2＝I22R2t＝(0.6 A)2×15 Ω×1×60 s＝324 J。
1. 利用 电热器是利用电热的设备，其主要组成部分是发热体，凡是需要利用电流热效应来加热升温的用电器都属于电热的利用，如电饭锅、电炉、电熨斗、电取暖器、电热水器等都是利用电热工作的用电器。制作发热体的电阻丝要求必须电阻大，同时为了使电阻丝在很高的温度下不会熔化，应选择熔点高的材料。
2. 电热的防止 很多情况下电热是一种浪费甚至造成危害，如果产生的热量过多，会使用电器温度过高，导致绝缘体材料老化，甚至烧坏。所以，在利用电热的同时，也要对电热加以防止。
防止的方法：(1)减少产生的热量，如缩短用电的时间。(2)及时散热，如电视机的散热孔、电动机外壳上的翼状散热片。
技巧点拨熟悉各种常见用电器的作用，依据使用目的分析用电器工作时的能量转化，进而判断该用电器是利用电热还是防止电热可能带来的危害。变式
下列现象或装置，利用了电流热效应的是( )①电视机后盖有许多小孔②电动机外壳上装散热片③长期不用的电视机隔一段时间通电一次去潮湿④白炽灯⑤电脑机箱里装有小风扇⑥电暖手宝A. ①②⑥ B. ①②⑤ C. ③④⑥ D. ②③⑥
解题秘方：电流通过导体时产生电热，对我们有利的我们可以利用，相反，对我们有害的需要防止，尽量防止其产生，如果不能避免，则想办法散热，以降低危害。
解析：①电视机后盖有许多小孔是为了把各电器元件产生的热量及时散失掉，故①不符合题意；②电流通过电动机产生的热量是有害的，电动机外壳上装散热片可以用来散热，故②不符合题意；③电视机长时间停用，隔一段时间应通电一次利用电热防止电视机受潮，再次使用时被损坏，故③符合题意；
④白炽灯通电后发热发光，是利用电流的热效应工作的，故④符合题意；⑤过多的热量会影响计算机的正常工作，电脑机箱里装有小风扇，是为了散失热量，故⑤ 不符合题意；⑥电暖手宝将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故⑥符合题意。
2 . 电流的热效应在生产和生活中被广泛应用， 但有时它也会给我们带来危害。下列事例中属于防止电热危害的是( )A. 用电熨斗熨衣服B. 孵化家禽的电热孵化器C. 输电线常采用铜线或铝线作为芯线D. 家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
[中考·广西]小明家连接插线板的导线折断后，他把两根导线拧在一起继续使用，用久后发现连接处容易发热，其主要原因是连接处( )A. 电阻变小 B. 电流比别处电流小C. 电阻变大 D. 电流比别处电流大
解析：在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流相等、通电时间相等，由Q=I2Rt 可知，连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速导线老化，甚至引起火灾。
3 . 如图所示， 给电炉通电后， 电炉丝热得发红， 而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手，这是因为( )A. 电流通过导线时没有产生热效应B. 通过电炉丝的电流比通过导线的电流大得多C. 电炉丝的电阻比导线的电阻小得多D. 电炉丝消耗的电功率比导线消耗的电功率大得多