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物理九年级全一册 人教版2024
第4节 焦耳定律
第十八章 电功率
学习目标
01
02
03
04
物理观念
了解电流的热效应，了解焦耳定律，运用Q=I2Rt 解决实际问题。通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。
科学思维
①通过学习焦耳定律，培养学生的科学思维能力，使其能够从实验现象中抽象出规律，并运用科学语言进行描述和表达。②知道知识运用和生活常识的重要性，能分析常见的物理问题，从不同的角度思考问题。
科学探究
通过实验验证焦耳定律，培养学生的实验与探究能力，使其能够设计实验、观察实验现象、分析实验结果，并从中得出结论。
科学态度与责任
通过学习焦耳定律的发现者和实验过程，培养学生的科学态度与价值观，使其认识到科学研究的艰辛和重要性，培养对科学的尊重和热爱。
重点难点
教学重点
教学难点
① 理解焦耳定律的物理意义；
② 掌握焦耳定律的公式及其应用；
③ 理解并区分焦耳定律与欧姆定律的关系，以及它们在电路中的应用。
① 理解焦耳定律中的“I2”这一概念；
② 正确进行实验操作，确保实验数据的准确性和可靠性；
③ 将焦耳定律应用于实际问题中。
课堂导入
电暖器可以取暖
电烤箱可以将食物烤熟
电热水壶可以烧开水
这些用电器释放的热量从何而来
他们释放热量的多少是否有规律可循呢
课堂导入
活动
将一张锡箔纸的两端，分别贴在一个电池正负极，观察会发生什么现象？
　　当锡箔纸与电池两端接触时，相当于电路接通了，此时锡箔纸快速发热、变红、并燃烧。
现象
电能　　　内能
转化
探究新知
电流的热效应
　　生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
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。
探究新知
电流的热效应
　　生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
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。
探究新知
电流的热效应
　　生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
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。
熨斗
电饭煲
探究新知
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
电炉的电炉丝和导线中通过的电流相同，电炉丝热得发红，说明电炉丝的温度比导线高，电流在电炉丝上产生的热量更多。
电流通过导体时产生热量的多
少跟什么因素有关？
讨论交流
探究新知
【学习任务一】电流的热效应
在寒冷的冬天，为了取暖，我国科研人员设计了一种带电源的智能控温加热手套，如图。下列与加热手套工作原理相同的用电器是（　　）
A．电热毯 B．洗衣机
C．电冰箱 D．充电宝
A
【变式训练】电流的热效应
现代社会人们的生活越来越离不开电，下列电器工作时主要利用了电流热效应的是（　　）
A．电风扇 B．电铃
C．电烤箱 D．电冰箱
C
探究新知
③可能与通电时间有关。
演示实验
【实验】探究影响电流的热效应的因素
猜想与假设
电热水壶刚通电时，水并不能立即沸腾，而需要一定的时间。
①可能与通过导体的电流有关。
②可能与导体的电阻有关。
有电流导体时，导体才会发热。
电烤炉工作时，烤炉温度高，导线几乎不发热。
探究新知
实验思路
利用电热丝加热质量相同的同种液体，通过液体温度升高的情况，判断通电导体产生热量的多少。
①用一根电热丝给一定质量的液体加热，在保持通电电流相同的情况下，探究通电导体产生的热量与加热时间的关系。
②选择两根阻值不同的电热丝，在相同的时间内通过大小相同的电流，探究通电导体产生的热量与电阻大小的关系。
③选择两根阻值相同的电热丝，在相同的时间内通过大小不同的电流探究通电导体产生的热量与电流大小的关系。
探究新知
实验过程
①电热与电阻的关系
　　选取阻值不一样的电阻丝，如5Ω和10Ω的电阻丝，装入实验装置中，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。你看到的现象说明了什么？
结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，
一段电阻丝的电阻越大，电阻丝产生的热量越多。
电热与电阻的关系
探究新知
探究新知
②电热与电流的关系
　　选取阻值相同的两个5Ω电阻丝，装入两个透明容器中，并在其中一个容器的外部，并联一个阻值为5Ω电阻丝，则通过两个容器中电阻丝的电流不同。
　　闭合开关，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。
你看到的现象说明了什么？
电热与电流的关系
结论：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越大，电阻丝产生的热量越多。
探究新知
探究新知
③电热与通电时间的关系
　　将一阻值为5Ω电阻丝，装入一个透明容器中。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？
结论：电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。通电时间越长，电阻丝产生的热量越多。
Δh
探究新知
归纳总结
· 在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
· 在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流越大，电阻产生的热量越多。
· 在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
探究新知
理论探究
　　将不同阻值的电阻串联接入电路，接在稳定电源上，接通电路，通电一段时间后，观察温度的变化情况，并记录数据。
电阻R/Ω
1
2
3
4
5
6
初温t0/℃
26.6
26.8
26.7
26.6
26.8
26.7
末温t/℃
27.2
28.1
28.6
29.1
29.9
30.4
温度变化量⊿t/C
0.6
1.3
1.9
2.5
3.1
3.7
【实验】探究电流通过导体产生的热量跟电阻是否成正比
探究新知
Δt/℃
R/Ω
结论：在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟电阻成正比。
探究新知
理论探究
电流产生的热量与电阻的正比关系
　　两个定值电阻 R1＝5Ω、R2＝10Ω串联起来，接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后，电阻消耗的电能全部转化为内能，对这两个电阻产生的热量，应用 W=UIt 和欧姆定律进行分析，我们能得出什么推论？
W=UIt
U=IR
W1=U1I1t=I1R1×I1t=I2R1t
由于 R1、R2 串联
I=I1=I2
W2=U2I2t=I2R2×I2t=I2R2t
W2＞W1
结论：在电流和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟导体电阻成正比。
探究新知
【学习任务二】电流产生的热量与电阻的关系
如图是探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素
有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，
U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。
下列说法正确的是（　　）
A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系
D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小
B
探究新知
【学习任务三】电流产生的热量与电流的关系
如图是探究电流的热效应与什么因素有关的实验，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法错误的是（　　）
A．该实验装置是为了探究电流热效应与电流的关系
B．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
C．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，就可以探究电流热效应与电阻的关系
D．该实验装置是利用U形管中液柱高度的变化来比较电阻丝产生热量的多少的
C
探究新知
【学习任务四】电流产生的热量与通电时间的关系
利用如图所示电路可定性研究电热与电流、电阻和通电时间的关系，图中三个电阻的材料和质量相同，且R1=R3=5Ω，R2=10Ω，三个电子温度计分别与之相连（图中未画出），并能测量它们的温度。闭合开关后，每隔一定时间记录各电阻的温度，通过比较温度的变化来间接反映电阻产生电热的多少。下列有关分析与推断错误的是（　　）
A．分析任意一个电阻的温度变化，可知电热与通电时间有关
B．分析比较R1和R2的温度及变化，可知电热与电阻有关
C．分析比较R1和R3的温度及变化，可知电热与电流有关
D．分析比较R2和R3的温度及变化，可知电热与电流和电阻有关
D
探究新知
焦耳定律
1.定义：电流通过导体产生的热量跟电流二次方成正比，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。
2.表达式：用I表示电流，R表示电阻，t表示时间，只表示热量，焦耳定律可以表示为
Q＝I2Rt
1J＝1A2·Ω·s
I的单位用安(A)，R的单位用欧(Ω)，t的单位用秒(s)，只的单位用焦(J)。
探究新知
3.焦耳定律的理解
①焦耳定律定义式Q=I2Rt，只适用于计算电流通过导体时产生的热量。
②电功的计算式W=UIt，适用于计算将电能转化为各种形式的能的过程中电流做的功。
探究新知
4.电功与电热
区别
①电功是指电流经过电路所做的功，其做功的多少表示电路消耗电能的多少，表示了有多少电能转化为其他形式的能。
②电热是指电流经过电路时，其产生的电能转化为内能的那一部分。
联系
①当电流通过某些用电器时，电能全部转化为了内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q＝W。
②当电流通过某些用电器时，电能主要转化为其他形式的能量，
只有少部分转化为内能，即Q＜W。
探究新知
学习了焦耳定律，请你解释电暖器电热管发热，而导线几乎不发热的原因。
通过导线电流跟电炉丝中的电流相等
导线的电阻很小
电炉丝的电阻较大
Q＝I2Rt
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。
探究新知
【例 题】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？
（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？
R1
R2
R3
R4
U
U
甲
乙
探究新知
想想议议
《焦耳定律》中有这么一段话：“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？”
请你用所学过的物理知识进行解释。
探究新知
【学习任务五】焦耳定律的应用
小邦家的电热取暖器的电源线坏了，他在淘宝网上新买了一根，使用时闻到橡胶的焦糊味，他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，其他用电器仍然正常工作，你认为引起电源线过热的原因可能是（　　）
A．新买的电源线太短 B．新买的电源线太粗
C．新买的电源线太细 D．电路的电压不稳定
C
探究新知
【变式训练】焦耳定律的应用
取口香糖锡纸，剪成如图所示形状，将带锡一面两端的M、N两点分别接触电池正、负两极，其中AB和CD段等长。发现锡纸条很快开始冒烟、着火，下列分析正确的是（　　）
A．AB段的电流比CD段的小
B．AB段的电阻应该小于CD段的电阻
C．AB段和CD段的电压相等
D．根据焦耳定律分析，正常情况下应该是AB段先冒烟
D
探究新知
电热的利用和防止
电流的热效应在生产生活中有着广泛的应用。
常见的家用电热器、孵化器、电烤箱、烘干机等也利用了电流的热效应。
1.电热的利用
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，有较高的效能。
养鸡场的电热孵化器，
使孵化雏鸡规模化。
电暖器、电饭锅、电熨斗等，都是利用电热的工作的。
探究新知
2.电热的利用
电流的热效应也可能产生危害。
例如，计算机、电视机工作时电流的热效应，导致温度过高，会影响其正常工作和使用寿命。故计算机、电视机的后盖都留有小孔，计算机还装有风扇。
为了防止用电器温度过高，必须通风散热。
散热窗
电脑工作时，CPU等部件的温度也会升高，需要安装散热窗、使用微型风扇及时散热。
大型电动机等大功率的用电器，都装有散热片、散热窗、电风扇等散热装置。
探究新知
【学习任务六】电热的利用
电风扇、电烙铁、日光灯三个用电器上都标有“220V，60W”字样，正常工作时，相同的时间内（　　）
A．电风扇产生的热量最多 B．电烙铁产生的热量最多
C．日光灯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
B
【学习任务七】电热的防止
电流热效应在生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害，下列情况中不属于防止电热危害的是（　　）
A．电视机的后盖有许多孔 B．家电长时间停用，隔段时间应通电一次
C．电动机外壳有许多散热片 D．电脑主板的CPU上有小风扇
B
课堂小结
焦耳定律
电热的利用和防止
电流的热效应
焦耳定律
定义
影响电流通过导体时产生热量的因素
Q＝I2Rt
· 在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
· 在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流越大，电阻产生的热量越多。
· 在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
1.如图，芯片体积小，元件密集。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有电阻，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，这是
通过________的方式改变芯片内能。
课堂练习
热传递
热
2.把两个电阻R1、R2串联在电路中，R1=6Ω，R2=9Ω，在相同通电时间内，通过R1、R2的电流之比为_____，电流通过R1、R2所做的功之比为_____，电流通过R1、R2产生的热量之比为_____。
2：3
1：1
2：3
3. 如图所示是某初三老师在探究焦耳定律的实验装置，串联的两电阻丝（R1＜R2）封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到___（选填A或者B）
气球先鼓起来，该装置____（选填“能”或“不能”）解释“电炉丝热
得发红而连接它的导线却几乎不发热”这一现象。
课堂练习
B
能
4.如图所示的电路，当开关S闭合时，电路中的电流为1A，电压表V的示数为9V，定值电阻R的阻值为4Ω，电动机的电能转化为机械能的效率为90%，下列说法正确的是（　　）
A．电压表V1的示数为4V
B．电动机M的线圈电阻为0.5Ω
C．电路消耗的总功率是4W
D．通电1min电流通过电动机产生的热量是300J
B
课堂练习
布置作业
1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。
2.拓展性作业：
①请观察家中的用电器，列举出至少3个利用电流热效应的例子，提出至少2条防止电流热效应产生危害的措施。
②参考教科书中的“家庭实验室”，自己做一个简单的电热器，
体会电流的热效应。注意安全，不要长时间通电。
谢谢聆听
谢谢聆听
Thanks!
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