沪科版（2024）九年级全册（2024）第三节 焦耳定律教学ppt课件

这是一份沪科版（2024）九年级全册（2024）第三节 焦耳定律教学ppt课件，共67页。PPT课件主要包含了电流的热效应，焦耳定律，课堂总结，综合提升训练等内容，欢迎下载使用。
想一想（1）导线和电熨斗是串联的，为什么电熨斗很热而导线几乎不热？ （2）点亮的白炽灯泡过一会儿会烫手，说明什么？
能通过实验，认识电流的热效应，了解焦耳定律，能用焦耳定律分析并解决与此相关的问题;知道电流热效应的危险性，具有安全用电的自觉行为。
1. 电流的热效应2. 焦耳定律3. 课堂总结 4. 作业5. 综合提升训练
（1）寻找以下用电器的共同特点电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。分析：用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。（2）电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能的现象叫做电流的热效应。
主要利用电流热效应工作的装置称为电热器。如图所示的电热油汀、蒸汽电熨斗、电暖器、电水壶和电炉等都是电热器。
2. 电流产生的热量与哪些因素有关
【提出问题】电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？
【进行猜想】（1）电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关?（2）电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?它们产生的热量是否与电阻有关？（3）给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？
【设计实验】 如图所示，是一个密封有空气和电阻丝并插有温度计的容器，通电时电阻丝产生的热量被空气吸收，空气的温度就会升高。因此，我们可以通过空气温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。
实验结论：对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，空气的温度越 ______，表明电流产生的热量越 _______。
【进行实验】（1）闭合开关，若仅改变给电阻丝加热的时间，观察温度计示数的变化，能得出什么结论?实验现象：通电时间越长，温度计的示数变化越大。
实验结论：对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通过的电流越大，空气的温度越_____，表明电流越大，产生的热量越 _____。
（2）若仅调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流，观察温度计示数的变化，能得出什么结论?实验现象：时间一定时，电流较大时温度计的示数变化大。
（3）将两段不同阻值的电阻丝R1和R2（ R1>R2 ）分别密封在装有等质量空气的2个容器中个容器中，两支相同的温度计分别穿过瓶口插入容器中。请你依据电路图，将两个容器与其他器材串联起来。
闭合开关，观察两支温度计示数的变化，能得出什么结论?
实验结论：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，空气的温度越 ___，表明电阻越大，电流产生的热量越 ____。
实验现象：阻值较大的电阻R1对应的温度计的示数变化大。
【实验结论】从实验可以发现，电流产生的热量跟电流大小、导体电阻以及通电时间有关。
当电流和电阻一定时，通电时间越长，产生的热量越多。当电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多。当电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多。
视频演示——《探究影响导体产生热量的因素》
3. 探究电流产生的热量与哪些因素有关 （第2套经典方案）
（1）实验装置介绍（焦耳定律演示器）透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。
（2）实验原理 如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。
（3）研究方法 ①控制变量法 在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 ②转换法 实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。
U形管液面的高度差越大，电流产生热量越多。
（4）实验电路为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。
【进行实验 】（1）探究电流通过导体时产生的热量跟电阻是否有关？将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，使用学生电源供电（提供的电流大且稳定）。
（2）电流通过导体时产生的热量跟电流是否有关？使两个密闭容器内部的电阻一样大，在右边容器的外部，将一个阻值相同的电阻R3和这个容器内的电阻R2并联；由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同。
1. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电阻的关系》2. 视频演示——《电流通过导体产生的热量跟电流的关系》
【例题1】下列用电器不是利用电流热效应工作的是（　　） A．电饭锅 B．电热毯 C．电风扇 D．电熨斗
【解析】ABD．电热毯、电熨斗和电饭锅工作时，主要是将电能转化为内能，是利用了电流的热效应， 故ABD不符合题意；C．电风扇工作时主要将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的， 故C符合题意。故选C。
【例题2】如图是探究“影响电流热效应的因素”的实验装置，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＞R2，瓶中装有质量相等的煤油。开关闭合，电路接通一段时间后，下列对两烧瓶的对比分析和判断正确的是（　　）
A．因为通过两电阻丝的电流相等，所以两电阻丝两端的电压相等B．因为通过乙瓶电阻丝的电流大，所以乙瓶的温度计示数变化快C．因为甲瓶中煤油的比热容要小，所以甲瓶的温度计示数变化快D．因为甲瓶中电阻丝产生的热量多，所以甲瓶的温度计示数变化快
【解析】AB．由图知：两段电热丝串联在同一电路中，所以通过的电流相同，因为R1＞R2，由欧姆定律得，R甲两端的电压大于R乙两端的电压，故AB错误；CD．已知R1＞R2，表明该实验条件下，导体的电阻越大，电流产生的热量越多。甲瓶温度计示数升高快，实验中加热的是相同质量的同种物质，说明甲瓶中电热丝产生的热量多，故C错误，D正确。 所以选D。
【例题3】在探究“影响电流热效应的因素”实验中：（1）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较________________，来判断相同时间内不同电流产生的热量多少。实验中烧瓶内液体选择了煤油而不是水，主要是因为煤油_________，吸热升温现象明显。
（2）小明先测量烧瓶内煤油的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内煤油的温度，得到温度的升高量，然后再移动滑片改变电流大小，重复上述操作，获得以下数据如表：由此得出：同一导体，_________其产生的热量越多。 （3）若要探究电热与电阻的关系，可选择图乙中____（A/B）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻_______（串联/并联）。（4）如果利用上述实验装置探究“水和煤油吸热升温现象”，则应选择乙图中_____（A/B）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成___________。
【解析】（1）煤油比水的比热容小，质量相同，吸收相同的热量，煤油的温度变化比较大，温度计示数变化明显，实验效果比较好。（2）由表格数据知，同一导体，电阻相同，通电时间相同，电流越大，温度升高量越大，说明电流产生热量越多。（3）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小。由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B电阻与甲图中的烧瓶电阻串联。（4）“比较水和煤油比热容的大小”，可以采用质量相同，吸收热量相同的不同物质，所以选择A烧瓶，由于电阻相同，和甲图烧瓶并联，电压相同，电流产生热量相同，并且把烧瓶A的液体换成和甲图中质量相同的水。
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. 公式： Q = I2Rt 公式中各物理量及其单位：I 表示电流，单位是安培（A） R 表示电阻，单位是欧姆（Ω） t 表示时间，单位是秒（s） Q表示热量，单位是焦耳（J）
英国物理学家焦耳做了大量的实验，他于1841年发现了该定律。
焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。他用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。即焦耳定律。
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。
3. 物理学家——焦耳
4. 推导焦耳定律  
若电流做的功全部用来产生热量， 即 Q = W  因为电功 W = UIt   根据欧姆定律 U = IR 所以 Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。
（1）电功与电热的区别电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。
（2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W 。例如，电取暖器、电饭煲、热水器等这些用电器工作时电能全部转化为内能，产生的热量均可用下列公式计算：Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt
②非纯电阻电路在该类电路中，电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能，即电热小于电功 Q热量＜W。例如，电风扇、洗衣机等。这种情况下，计算电流产生热量的公式为： Q =I2Rt I 表示电流，R 表示用电器（电动机）的电阻。
想一想你现在明白了吗？电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
【分析】因为电炉丝与导线串联，电流与通电时间相等，但是电炉丝的电阻远大于电线的电阻，根据焦耳定律 Q=I 2Rt 可知，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。
【例题4】某电热器接入220V的电路中正常工作时，其电阻丝的电阻为55Ω，则该电热器在20 min内会产生多少热量?
【分析】根据欧姆定律可求出通过电阻丝的电流，根据焦耳定律可求出由热器在20min内产生的热量。【解】通过电阻丝的电流 I=U/R=220V/55Ω=4A 电热器产生的热量Q=I²Rt=(4A)² ×55Ω×20×60s=1.056×106J【答】电热器在20min内产生的热量为1.056×106J【反思】可以用电功的公式W=UIt来求解吗?也可以用电功的公式W=UIt求解。因为电热器产生的热量等于电流做的功。
【例题5】某品牌的电烤箱内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。其高温挡功率为1100W，低温挡功率为440W，求：（1）电路中R1的阻值多少？（2）电烤箱在高温挡正常工作10min所产生的热量是多少J？（3）电烤箱在低温挡正常工作时，R2的功率是多少W？
6. 电热的利用 电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体，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。电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
电流的热量有时是有害的，应减小。（1）电热对家用电器的影响 例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。
7. 减小电热的危害
电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。投影仪的散热方法：除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。
（2）电热对家庭电路的影响当家中同时使用空调、电热水器等大功率用电器时，电路中的总电流会增大，有可能超过安全值，过多的电热会使导线的绝缘层损坏，引起线路故障，甚至引发火灾。
对此，人们往往把输电线路采用电阻率较低的铜线（而非铁线），并且增加了横截面积，从而减小了导线的电阻，根据焦耳定律Q=I²Rt可知，也就减小了电流在导线上产生的热量。你还能列举生产生活中利用电热或减小电热危害的实例吗?
【例题5】电流具有热效应，学习了电流的热效应后，关于电热的下列几个说法错误的是（　　）A．电热会烧毁电器元件，引发火灾，有百害而无一利B．电流通过任何用电器都或多或少地会产生热量C．因为电流过大产生电热而烧坏局部电路，可用于整体电路的保护D．为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热
【解析】A. 电流的热效应有不利的因素，如电热会烧毁电器元器件，引发火灾。但在我们生活中和许多产业中都要用到电热．如家里的电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器等都是利用电热的，故选项A错误；B. 任何用电器中都有导线，导线都有电阻，当电流经过电阻时，就会产生热量，所以选项B的说法是正确的；C. 保险丝是用电阻率大而熔点低的材料制成的，当电流过大时，它由于温度升高而熔断，切断电路，起保护作用，所以选项C正确； D. 为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热，目的是为了防止由于温度过高而损坏用电器，选项D正确． 故选A.
【解析】主要利用电流的热效应工作的有电水壶。电视机工作时，主要将电能转化为光能和声能，不是利用电流的热效应；洗衣机、电吹风工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应；电磁炉通上交替变化的交流电时，在台板与铁质锅底之间产生强大的交变磁场，磁感线就穿过锅底，使锅底感应产生大量强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就产生大量的热，将饭菜煮熟，不是利用电流的热效应工作的；电水壶工作时主要把电能转化为内能，是利用了电流的热效应。
1．电视机、电吹风机、电磁炉、洗衣机、电水壶等常见用电器中，主要利用电流的热效应工作的有哪些?
2．一电热器电阻丝的电阻为120Ω，接在220V 的电路中，通电15min 产生__________ J 的热量。
【解析】由焦耳定律Q＝I2Rt可知，电热丝产生的热量与电流大小、电阻大小和通电时间有关。ABD．仅知道通电时间相同、电热丝甲放出的热量多，不能直接判定电阻、电流与电压的大小，故ABC不符合题意；C. 时间相等，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，放出的热量就是消耗的电能，所以甲消耗电能一定比乙消耗电能快，故C符合题意。故选C。
3．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，选择下列说法中正确的选项并说明理由。A．甲的电阻一定比乙的电阻大B．甲两端的电压一定比乙两端的电压高C．甲消耗电能一定比乙消耗电能快D．通过甲的电流一定比通过乙的电流大
4． 有两个电阻R1和R2， R1 : R2 =1:2。当两个电阻串联时，相同时间内电流通过两个电阻产生的热量之比为______；当两个电阻并联时，相同时间内电流通过两个电阻产生的热量之比为__________。
【解析】（1）根据Q＝I2Rt 可知，通过它的电流为（2）当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是 Q=I²Rt=(4A)² ×20Ω×60s=1.92×104J
5．某导体电阻为20Ω，通电1min 产生的热量是 4800J。求：（1）通过它的电流；（2）当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量。
【解析】电动机因发热损失的功率P热=U电阻I电阻=I2R=(5A)2×1Ω=25W
6.*一台电动机的额定电压是220V，其电阻是 1 Ω。正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为______W。
1.电线通电后会发热是什么原因导致的？答：因为电线也有电阻，根据焦耳定律可知，电线也会发热。2. 给电饭煲通电后，电饭煲里的发热盘非常热，但是连接电饭煲的导线却不怎么热，这是为什么?答：因为发热盘与导线串联，所以电流相等，又因为发热盘的电阻比导线大得多，根据焦耳定律公式Q=I2Rt可知，通电的时间相同，发热盘产生的热量比导线大得多，所以发热盘非常热而导线却不热。
【解析】华为的麒麟芯片体积小，元件密集，是因为它采用了半导体材料制造。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件存在一定的电阻，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，电流通过电阻时会产生热量。这种现象称为电流的热效应。在芯片中，这种热效应会导致芯片温度升高，如果温度过高，可能会影响芯片的性能和寿命。
1. 如图所示，华为的麒麟芯片体积小，元件密集。制造该芯片的材料是________（选填“导体”、“半导体”或“超导体”），当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有_______，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。
【解析】①家庭电路中，电压U=220V，二个用电器的功率相同；② 电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热量很小；电热毯工作时把电能几乎全部转化为内能，所以产生热量多的是电热毯。所以选B.
2. 将规格都是“220V 80W”的一台电风扇和一床电热毯，都接入家庭电路中，通电时间相同，则下列说法正确的是（ ）A. 电风扇产生的热量多 B. 电热毯产生的热量多C. 二者产生的热量一样多  D. 无法比较二者产生的热量
【解析】根据焦耳定律Q=I2Rt，当导线中的电流、通电时间一定时，引起电热过多的原因是电阻太大； 因为材料、长度、横截面积、温度都影响电阻，由生活经验可知，商家不能通过长度、温度作弊的，只能从材料、横截面积方面，所以应该是导线太细导致电阻过大的原因。故选D。
3. 小华的爷爷购买了一个电热水器，使用时发现通电不长时间，其电源线很热，甚至能闻出橡胶的焦味，于是决定用他学过的物理知识向消费者协会投诉，他可从以下哪个方面的鉴定提出投诉（ ）A．电压太高 B．导线太短 C．导线太粗 D．导线太细
4. 用如图的装置探究影响电流热效应的因素，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＜R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是 （ ）
A．该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快C．实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少D．观察实验现象可知：在其它条件相同时，电阻越大产生的热量越少
【解析】①由图知，两电阻丝串联，电流、通电时间都相同，但电阻不同，故该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；②由焦耳定律Q=I2Rt可知，电流和通电时间相同时，电阻越大，放出的热量越多，由于R1＜R2，故R2放出的热量多，温度计示数升的高，故B与D错误；
③通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，这个研究方法可以称之为转换法，故C正确。故选C。
5. 将一个小电风扇接在电压为6V的电源上，用手捏住小风扇的扇叶不让它转动，电流为1A，松手后小风扇稳定转动，电流为0.1A，下列说法错误的是（ ）A．小风扇的电阻为6ΩB．小风扇不转动时，电路消耗的电能全部转化为内能C．小风扇稳定转动1min，电路消耗的电能为360JD．小风扇稳定转动时电动机的发热功率为0.06W
【解析】 A．当用手捏住扇叶不让它转动时，此时小风扇可视为纯电阻，此时小风扇电压为6V，电流为1A，其电阻为R=U/I1 =6V/1A=6Ω，故A正确；B．小风扇不转动时，电能全部用来发热，即电路消耗的电能全部转化为内能，故B正确；C．小风扇电压为6V，稳定转动1min，电流为0.1A，电路消耗的电能为W=UI2 t=6V×0.1A×1 min= 6V×0.1A×60s=36J，故C错误；D．小风扇稳定转动时电动机的发热功率为P=I22R=(0.1A) 2×6Ω=0.06W故D正确；故选C。
6. 如图甲所示是某品牌电饭煲，图乙是该电饭煲的原理图。它有高温和保温两档，通过开关S进行调节，R0与R为阻值不同的电热丝。现在将该电饭煲接在220V的电源上，用高温档工作时，电路的总功率为1000W；用保温档工作时，电路的总功率为440W。求：①电饭煲在高温档时，开关S应____（选填“闭合”或“断开”）。②电热丝R0的阻值是多少？③当电饭煲处于保温档时，电路中的电流是多少？