初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第4节 焦耳定律导学案

这是一份初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第4节 焦耳定律导学案，共3页。学案主要包含了考点梳理，知识梳理，实验目的，实验方法，实验原理，实验器材，实验步骤，实验结论等内容，欢迎下载使用。

【知识梳理】
知识点1：电流的热效应
1.电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。
2.影响电流通过导体时产生热量的因素：
通过导体的电流、导体的电阻、通电时间。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体时产生的热量越多。
知识点2：焦耳定律
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产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。
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.定义式：Q=I2Rt
3.公式适用范围：
普遍适用，适用于任何用电器和电路。
4.公式应用注意事项：
①同体性：Q、I、R、t必须对应同一段导体或同一个用电器；②同时性：Q、I、R必须是同一时间t内同一段电路中的三个物理量；③统一单位：Q、I、R、t四个物理量的单位都必须是国际单位。
5.焦耳定律公式的理论推导：
在纯电阻电路中，电流所做的功全部转化为热量，而没有转化为其他形式的能，那么，此时电流产生的热量Q就等于消耗的电能W电，即Q=W电，因W电=UIt，根据欧姆定律的变形式U=IR，可推导出Q=W电=UIt=IR·lt=I2Rt
纯电阻电路与非纯电阻电路的公式应用规律：
知识点3：电热的利用和防止
1.电热的利用
电热的主要作用是制成各种各样的电热器。电热器的主要部分是发热体，发热体一般由电阻大、熔点高的金属导体制成。电热器工作时主要将电能转化为内能，常见电热器如热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。
很多用电器在工作时，虽然也会将一部分电能转化为内能，但其目的并不是利用电热，而是将电能转化为其他形式的能，这样的用电器不是电热器。比如电动机和电风扇工作时主要将电能转化为机械能，电视机工作时主要将电能转化为声能和光能等，它们都不是电热器。
2.电热的防止
用电器在工作的过程中，总有一部分电能转化为内能，很多情况下我们不希望用电器的温度太高，这样既浪费能源，还可能造成危害，因此就需要使用电器通风散热。很多用电器采用设置散热孔、散热片或在发热体部分安装风扇等方法散热。如电视机外壳的散热窗；计算机内的散热风扇、电动机外壳的散热片等。
知识点4：探究影响电流通过导体时产生热量的因素全过程
1.控制变量法
①在探究热量的多少与电流的关系时，应控制两个电阻丝的阻值相同，应采用并联多一个相同阻值的电阻；
②在探究热量的多少与电阻的关系时，应控制通过两个电阻丝的电流相同，应采用串联的方式。这里就应用了控制变量法。
2.转化法
实验中电流产生的热量不能直接观察到，但热量的变化可以用温度的变化来感知。通过温度计升高的示数或者U型管的高度差间接知道电流产生的热量的多少，这是转化法。
3.实验探究过程
【实验目的】研究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关？
【实验方法】控制变量法，转换法。
【实验原理】Q=I2Rt
【实验器材】密闭容器两个、U形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。
【实验步骤】
= 1 \* GB3 ①电流产生的热量与电阻的关系
如甲所示，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。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。
两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。
【实验结论】在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。
= 2 \* GB3 ②电流产生的热量与电流大小的关系
如乙所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。
【实验结论】在电阻相同、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。
4.探究电流产生的热量与哪些因素有关考点
（1）实验采用煤油的目的：煤油比热容小，在相同条件下吸热温度升高的快；而且是绝缘体。
（2）被加热材料选用空气的原因：空气受热易膨胀，实验现象更明显。
（3）选用加热材料的要求：质量、初温、材料相同。
（4）探究电热与电流的关系是需控制电热丝的电阻和通电时间相同，采用在其中一个电阻的两端多并联一个电阻的方式。探究电热与电阻的关系是需控制电流和通电时间相同，采用串联的方式；探究电热与通电时间的关系时需控制电阻和电流相同，通过改变通电时间的长短的方式。
（5）通过温度计升高的示数或者U型管液面的高度差来比较热量的多少.
（6）U型管没有明显的高度差的原因：①电阻断路或者短路；②装置漏气。
【题型归纳】
题型一、电流的热效应
【例1】．（25-26九年级上·全国）下列几个家用电器中，利用电流热效应工作的是（ ）
A．电冰箱B．空调C．洗衣机D．电暖器
【答案】D
【详解】ABC．电冰箱、空调、洗衣机工作时主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作，故ABC不符合题意；
D．电暖器工作时主要是把电能转化为内能，利用了电流的热效应工作，故D符合题意。
故选D。
【变式1】．（2025·北京·中考真题）下列用电器中，利用电流热效应工作的是（ ）
A．电热水壶B．吸尘器C．电冰箱D．电视机
【答案】A
【详解】A．电热水壶工作时将电能转化为内能，利用电流的热效应工作的，故A符合题意；
B．吸尘器工作时电动机转动，将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故B不符合题意；
C．电冰箱是将电能转化为电动机的机械能，不是利用电流的热效应来工作的，故C不符合题意；
D．电视机工作时主要是把电能转化为声能与光能，不是利用电流的热效应来工作的，故D不符合题意。
故选A。
【变式2】．（2025·云南昆明·一模）如图甲所示是一款熨烫衣物的挂烫机，其简化电路如图乙所示，为限流电阻，为加热电阻，S为温控开关，自动切换加热和待机状态。下列说法正确的是（ ）
A．开关置于1时为加热状态B．开关置于2时为待机状态
C．用超导材料制成加热电阻更省电D．挂烫机工作时主要利用了电流的热效应
【答案】D
【详解】AB．由图乙可知，当开关S接2时，只有工作，由于是加热电阻，所以此时挂烫机处于加热状态；当开关S接1时，只有工作，由于是限流电阻，所以此时挂烫机处于待机状态，故AB错误；
CD．挂烫机，工作时将电能转化为内能，使挂烫机的内能增加，温度升高，所以它是利用电流的热效应工作，而电流通过号体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，如果超导材料制成加热电阻，则加热电阻的阻值为零，中流通过加热电阻时不会产生热量，所以加热电阻不能用超导材料制成，故C错误、D正确。
故选D。
题型二、影响电流热效率的因素的探究实验
【例2】．（25-26九年级下·全国·单元测试）在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图A所示，在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b。
(1)为了让实验效果更显著，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入质量、初温 （选填“不同”或“相同”）的 （选填“煤油”或“水”）；
(2)实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，下列实验应用了该研究方法的是______（填序号）；
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．探究导体电阻的大小与哪些因素有关
C．“伏安法”测电阻
(3)爱思考的小明还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图A甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且换用两根电阻丝的阻值 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为 ；（均选填“>”“