沪粤版（2024）九年级上册（2024）15.4 焦耳定律作业课件ppt

这是一份沪粤版（2024）九年级上册（2024）15.4 焦耳定律作业课件ppt，共55页。PPT课件主要包含了电流的热效应，电流所做的功，J或kW·h，QI2Rt等内容，欢迎下载使用。
电流通过导体时，电能转化成内能，导致导体发热的现象，叫做电流的热效应。
2.实验：探究通电导体产生的热量与哪些因素有关
(1) 实验 1：探究通电导体产生的热量与电阻的关系
选取电阻 R1、R2 分别为 5 Ω 和 10 Ω 的两根电阻丝，按图连接实验器材。先记下煤油的初温 t0，闭合开关，每经过相同时间 (如 1 min)读一次温度计的示数，并填写在表格中
通电导体产生的热量与导体的电阻有关。当通过导体的电流和通电时间一定时，通电导体的电阻越大，导体产生的热量越多
在通电电流大小不变、通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油升高的温度越高，表明电阻越大，通电导体产生的热量越多
(1)转换法：在探究通电导体产生的热量与哪些因素有关时，产生的热量无法直接观察，这时我们可以利用转换法，通过观察温度计示数的变化来判断通电导体产生热量的多少。
(2)控制变量法：探究通电导体产生的热量与电阻大小是否有关时，要控制电流和通电时间相同；探究通电导体产生的热量与电流大小是否有关时，要控制电阻和通电时间相同；探究通电导体产生的热量与通电时间长短是否有关时，要控制电流和电阻相同。
(2)实验2：探究通电导体产生的热量与通过导体的电流的关系
按图连接实验器材。先记下煤油的初温，闭合开关，通电5 min 后，记录温度计示数；断开开关，待煤油的温度降至初温，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，增大通过电阻丝的电流，通电 5 min 后，记录温度计的示数
对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油升高的温度越高，表明电流越大，通电导体产生的热量越多
通电导体产生的热量与通过导体的电流有关，当电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多
(3)实验 3：探究通电导体产生的热量与通电时间的关系
分析：由实验 1 的数据还可得出，同一导体，电流不变，通电时间越长，煤油升高的温度越高，表明通电导体产生的热量越多。结论：通电导体产生的热量与通电时间有关。当导体的电阻和通过导体的电流一定时，通电时间越长，导体产生的热量越多。
(1)实验中通过观察___________________来比较电流通过导体产生热量的多少。
(2)如图甲所示，两烧瓶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。(3)如图乙所示，两烧瓶中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，调节滑动变阻器，使两电流表示数_____(选填“相同”或“不同”)，可以探究电流通过导体产生的热量与_____的关系。
电流通过导体时产生的热量，跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。
(1)适用范围：焦耳定律是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算产生的热量。(2)理论推导：在纯电阻电路中，电流产生的热量 Q 等于电流所做的功 W，即 Q ＝ W ＝ UIt，由欧姆定律的变形式U ＝ IR，得 Q ＝ UIt ＝IR · It ＝ I2Rt。可见，根据电功的计算公式和欧姆定律推导出来的结果与焦耳定律一致。
(1) 无论是串联电路还是并联电路，电路产生的总热量都等于各用电器产生的热量之和，即 Q总＝Q1 + Q2 + ··· + Qn 。
(2) 纯电阻电路中电热与电阻的比例关系：①在串联电路中，根据 Q ＝I2Rt 知，电热与电阻成正比，即
3.电功和电热的区别与联系
电流通过导体时所产生的热量
W = UIt，W = Pt
非纯电阻电路： Q < W
解：(1)电暖器正常工作时的电流
(2)电暖器正常工作时内部电热丝的电阻
(3)电暖器在额定电压下工作 10 min 产生的热量 Q ＝W ＝Pt ＝ 1 100 W×10×60 s ＝ 6.6×105 J。
电热器是利用电流的热效应来加热的设备，如常见的电水壶、电饭锅、电熨斗、电热水器等。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。
2.电流热效应的危害和控制
(1)危害：使用电器的温度过高而出现被烧坏的危险；使导线的绝缘层损坏，引起线路故障，甚至引发火灾等。(2)控制：①设置散热孔、散热片或在发热部位安装电风扇等方法散热。
②减少热量的产生，如避免同时使用多个大功率用电器等。
家用电器是我们生活中必不可少的一部分，通过探索家用电器节能和环保的有关问题，学习综合运用知识、用跨学科的思维解决实际问题，树立保护环境和家庭节能的意识。
(1)观察家里各种用电器及其铭牌，了解各用电器的额定功率，以及有无中国电工产品认证委员会的节能产品认证标志和中国节能产品认证证书。
(2)查阅资料，了解绿色家用电器的内涵，以及目前某些家用电器在生产和使用中存在的节能和环保问题，撰写一篇小文章，倡导使用节能电器，提醒人们使用家用电器时要注意安全。(3)观察家里的电能表，对家用电器使用情况、每月耗电量、电费等方面进行调查；了解家用电器在使用过程中是否存在浪费电能的现象，并制订优化家庭用电的节能计划。
(4)查阅资料，了解家用电器使用不当可能带来的危害，了解各种家用电器安全使用的环境要求和安全使用年限的规定，了解废旧家用电器中的有害物质可能对环境带来的污染，并为家用电器制作一张安全、节能的使用卡片。
空调制冷能效比(EER)是指空调在制冷运行时，单位时间内的制冷量与制冷电功率之比。它衡量的是空调将电能转换为制冷效果的效率，其大小反映节能性能，数值越大表示能源利用效率越高。
纯电阻电路中电热的计算
角度1 串联、并联电路中的计算
解：由图可知，定值电阻 R1 与 R2 串联，电流表测电路中的电流。(1) R1 两端的电压 U1 ＝IR1 ＝0.1 A×10 Ω＝1 V。(2)电源电压 U ＝I (R1 + R2 )＝ 0.1 A×(10 Ω + 20 Ω)＝ 3 V。(3)整个电路在 1 min 内产生的热量Q ＝ I2 (R1 + R2 ) t ＝ (0.1 A)2 ×(10 Ω + 20 Ω)×60 s＝18 J。
(1) 请帮助君君同学算出只闭合 S2 通过 R 的电流。(2) 请帮助辉辉同学算出只闭合 S1 灯泡 L 的电阻。(3) 阳阳同学闭合 S1、S2 后，通电 10 min，求 R 产生的热量和电路消耗的总电能。
解：(1)只闭合 S2 ，通过 R 的电流 I
(2)只闭合 S1 ，灯泡 L 的电阻
(3)阳阳同学闭合 S1 、S2 后，通电10 min，R 产生的热量 Q ＝ IR2 Rt ＝ (2 A)2 ×6 Ω×10×60 s ＝ 1.44×104 J。
干路中的电流 I ＝IL + IR ＝ 0.5 A + 2 A ＝ 2.5 A，电路消耗的总电能 W ＝UIt ＝12 V×2.5 A×10×60 s＝1.8×104 J。
角度 2　实际应用中的计算
(1)求将水加热至 100 ℃ 过程中水吸收的热量。(2)求煮茶机的“保温”功率。(3)若用户选择“红茶高浓度煮茶”，煮茶机经过将水加热至100 ℃、“煮茶加热”和“保温”状态，共工作 15 min，求这个过程煮茶机消耗的电能。
解：(1)水的质量 m ＝ρV ＝1.0×103 kg/ m3 ×0.8×10－3 m3 ＝ 0.8 kg，将水加热至 100 ℃ 过程中水吸收的热量 Q吸＝ cm ( t－t0 )＝4.2 ×103 J/ (kg·℃)×0.8 kg×(100 ℃－20 ℃)＝ 2.688×105 J。
R0 ＝R01 －R1 ＝60.5 Ω－20.5 Ω ＝ 40 Ω，保温时电路的总电阻R02＝ R0 + R2 ＝ 40 Ω + 840 Ω ＝ 880 Ω，煮茶机的“保温”功率
(3)将水加热至 100 ℃，消耗的电能
由题意知煮茶时间 t2 ＝ 5 min，保温时间 t3 ＝t总－t1 －t2 ＝ 15 min－5 min－7 min ＝3 min，煮茶机“煮茶加热”时消耗的电能 W2 ＝ P加热t2 ＝ 800 W×5×60 s＝2.4×105 J，煮茶机在“保温”状态时消耗的电能 W3 ＝P保温t3 ＝55 W×3×60 s＝9.9×103 J，整个煮茶过程中煮茶机消耗的电能 W ＝W1 + W2 + W3 ＝3.36×105 J+ 2.4×105 J + 9.9×103 J ＝ 5.859×105 J。
解：(1)只闭合开关 S1 时，电路为 R1 的简单电路，通过 R1 的电流
(2)只闭合开关 S1 时，R1 的电功率
(3)由图可知，只闭合开关 S1 时，电路为 R1 的简单电路；两开关都闭合时，两电热丝并联，由
可知，此时电功率最大，为“速热”挡。电源电压为 6 V 时，
通过 R2 的电流 I2 ＝I－I1 ＝6 A－1.5 A＝4.5 A，R2 的阻值
由 P ＝UI 可得，干路中的电流
若更换成电压为5 V 的电源，此时电路中的总电流
使用“速热”挡通电 10 s 产生的热量Q＝W ＝U′I′t ＝ 5 V×5 A×10 s ＝ 250 J
非纯电阻电路中电热的计算
1.下列属于防止电流热效应产生危害的实例是 (　　)A. 使用电热水壶烧水B. 利用电视机后盖的小孔散热C. 冬天用取暖器取暖D. 小佳妈妈使用电熨斗熨衣服
2. 〔教材P114T4 变式〕用如图实验装置探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”。以下说法中不正确的是(　　)A.观察温度计的示数比较电流产生的热量B.该实验装置可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电阻的关系C.该实验装置还可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电流的关系D.甲、乙两瓶中可以装质量相同的不同液体
3.[易错题]将规格都是“220 V　100 W”的一台电风扇、一台电视机和一床电热毯分别接入 220 V 电路中正常工作，通电时间相同。下列关于它们的说法中错误的是 (　　)A.产生的热量相同B.消耗的电能相同C.工作电流相同D.实际功率相同
4.甲、乙两个电热器的电阻之比为 5 ∶ 4，通电相同时间产生的热量之比为 5 ∶ 1，则通过甲、乙的电流之比为 (　　)A. 4 ∶ 1 B. 1 ∶ 4 C. 2 ∶ 1 D. 1 ∶ 2
5. 〔日常生活〕[天津中考]国家标准《家用和类似用途电器的安全》中规定，电水壶电源线一般不应长于 75 cm。这是通过缩短电源线长度来减小_______，从而________(选填“增加”或“减少”)电源线通电时产生的热量。
6.[安徽中考]图示电路中，电源电压保持不变，R1、R2 均为定值电阻，其中 R1 ＝ 10 Ω。闭合开关s，电流表的示数为0.20 A，通电 10 s 整个电路共产生 6 J 的热量，则 R2 产生的热量为______J。
7.某电热器正常工作时通过其内部电热丝的电流为 5 A，正常工作 5 min 产生了 1.2×105 J 的热量，则该电热器内电热丝的阻值是______Ω，其正常工作______s 产生的热量是 1.6×105 J。
8.[临沂中考改编]有一款能自动变形、万向行走的坦克玩具，其简化电路如图所示。该玩具的电源电压为 4.5 V，闭合开关后，“0.5 V　0.2 W”的指示灯正常发光，线圈电阻为 0.5 Ω的电动机正常工作，则电动机的发热功率为______W，电路的总功率为_______W。
9.[广州中考改编]图甲所示的电热加湿器，其内部结构及电路简图如图乙。通电后，发热电阻 R 使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出，增加环境湿度。已知水的比热容为 4.2 × 103 J/ ( kg ·℃)、密度为 1.0 ×103 kg/ m3、沸点为 100 ℃。
(1)加热仓中的水变成水蒸气属于_______(选填“液化”或“汽化”)现象。
(2)已知 R 阻值为 550 Ω，求电热加湿器的电功率。(3)若加热 500 s，可将加热仓内 1.1 ×10－4 m3 的水从20 ℃ 加热至沸腾，求：①加热仓内水吸收的热量。②电热加湿器的加热效率。
解：(2)电热加湿器的电功率
(3)①加热仓内水的质量 m ＝ρV ＝ 1.0×103 kg/m3 ×1.1×10－4 m3 ＝0.11 kg，水从 20 ℃ 加热至沸腾吸收的热量 Q吸＝ cm(t2－t1)＝ 4.2×103 J/ (kg·℃)×0.11 kg×(100 ℃－20 ℃) ＝ 3.696×104 J。
②电热加湿器消耗的电能 W ＝Pt ＝ 88 W×500 s＝ 4.4×104 J，电热加湿器的加热效率
10.某新型电饭锅的简化电路如图甲，R1 和 R2 均为电热丝，S1 是自动控制开关。某次煮饭时，电饭锅正常工作 30 min，电路中总电流随时间变化的图像如图乙。
(1)电热丝 R2 的阻值是多少?(2)用该电饭锅设定在 30 min 内煮好一锅米饭，所消耗的总电能为多少?(3)若不计热量损失，这个电饭锅在0~10 min 内正常工作时，能把质量为1.5 kg 的水和米的混合物由 20 ℃ 加热到多少摄氏度? [水和米的混合物的比热容 c 取4.0×103 J/ (kg·℃)]
解：(1)只闭合 S 时，电路为 R1 的简单电路，电路中电流较小；S 和 S1 均闭合时，R1 与 R2 并联，电路中总电流较大。由图乙可知，R1 与 R2 并联时，通过 R2 的电流 I2 ＝I高－I低＝ 3 A－2 A＝ 1 A，电热丝 R2 的阻值
(2)由图乙知，30 min 内电饭锅在高温挡消耗的电能 W高＝UI高t高＝220 V×3 A×15×60 s ＝ 5.94×105 J，在低温挡消耗的电能 W低＝ UI低t低 ＝ 220 V×2 A×15×60 s ＝ 3.96×105 J，电饭锅消耗的总电能W＝W高 + W低 ＝ 5.94×105 J + 3.96×105 J ＝ 9.9×105 J。