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18.4 焦耳定律
九年级物理全一册 人教版
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教学目标
一
01
认识到电能可以转化为热能，了解电热的应用。
02
知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系
03
通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。
课堂引入
二
思考一下
电器工作时会消耗电能，为什么会发热呢？
电能
内能
电流的热效应
三
1. 电流的热效应
电流的通过导体时，导体会发热。这种现象叫电流的热效应。
电流通过导体时产生的热量跟哪些因素有关？
思考一下
电流
通电时间
电阻
电流的热效应
三
2. 探究影响电流的热效应的因素
【猜想与假设】
（1）可能与通过导体的电流有关；
（2）可能与导体的电阻有关；
（3）可能与通电时间有关；
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，因此，电流的热效应与电阻有关。
生活中手机充电时，充电越久温度越高。
电流的热效应
三
【设计实验 】
（1）焦耳定律演示器：透明容器内部密闭并与U形管一端连通。
容器内部有一段电阻丝，两个容器内部的电阻丝串联在一起接入电路。
排气孔
接线柱
电流的热效应
三
（2）实验原理：如图所示，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积
变化。哪侧U型管中液柱出现的高度差越大，表明其的电阻丝产生的热量多。
电流产生热量
Q放
盒内空气吸热
热传递
Q吸
热膨胀
增大的体积
ΔV
液面高度差
Δh
可以用U形管两侧液面高度差Δh表示电流通过导体产生的热量Q。
转 换
Δh
电流的热效应
三
（3）研究方法
a. 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。
b. 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。
电流的热效应
三
【实验1】探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系
将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路，并且使用稳定电源。闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
控制变量法
控制电流，通电时间一定
电流的热效应
三
Δh1
Δh2
R/Ω 5 10
Δh
较小
较大
结论：电流通过导体产生的热量跟电阻有关。在电流和通电时间一定时，电阻大，液面高度差大。
电流的热效应
三
【实验2】探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系
将三个阻值相同的电阻串、并联接入电路，并且使用稳定电源。并联一个相同电阻，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，从而使通过两个容器中电阻的电流不同，闭合开关，通电一段时间，观察U形管液面高度差的变化。
I = 2I1
I
A
R = 10 Ω
R = 10Ω
R =10Ω
I1
控制变量法
控制电阻，通电时间一定
电流的热效应
三
电流 较大 较小
Δh
较大
较小
Δh1
Δh2
结论：电流通过导体产生的热量跟电流有关。在电阻和通电时间一定时，电流大，液面高度差大。
电流的热效应
三
【实验3】探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系
闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒U形管液面的高度差的变化。
Δh
电流的热效应
三
Δh
Δh
通电时间 较长 较短
Δh
较大
较小
结论：电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。，通电时间，液面高度差大。
电流的热效应
三
【归纳结论】
· 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。
· 在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
· 在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
电流的热效应
三
焦耳定律
四
R1：R2＝1：2
h1：h2＝1：2
电流通过导体时产生的热量跟电阻是否成正比？
思考一下
电阻丝
电子温度计探头
电流产生的热量
Q放
水的温度变化量
Δt
盒内水吸收的热量
Q吸=cmΔt
【实验原理】
转 换
1.探究电流通过导体产生的热量跟电阻是否成正比？
焦耳定律
四
【实验方案】
将不同阻值的电阻串联接入电路，使用稳定电源，并记录数据。
控制变量法
控制电阻，通电时间一定
焦耳定律
四
0.6
1.3
1.9
2.5
3.1
3.7
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。
焦耳定律
四
【实验方案】
将阻值一定的定值电阻与滑动变阻器串联接入电路，调节滑动变阻器改变电流，使用稳定电源，并记录数据。
2.电流通过导体产生的热量跟电流的定量关系。
焦耳定律
四
0.2
0.9
2
3.6
5.6
8.1
0.25
1
2.25
4
6.25
9
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流二次方成长比。
焦耳定律
四
（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。
3. 焦耳定律
（2）表达式：
Q＝I2Rt
“Q”表示电热，单位是焦耳（J）
“I”表示电流，单位是安培（A）
“R”表示电阻，单位是欧姆（Ω ）
“t”表示通电时间，单位是秒（s ）
1J＝1A2·Ω·s
焦耳定律
四
【例】一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内
　　　共产生多少热量？
解：
I= =　　　=
U
R
36V
60Ω
0.6A
Q＝I2Rt
由
得
Q＝I2Rt＝（0.6A）2×60Ω×5×60s
＝6480J
答：在5min内共产生多6480J热量。
焦耳定律
四
4. 电功与电热
(1) 电功与电热的区别
· 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多少电能，表示了有多少电能转化为其他形式的能。
· 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。
焦耳定律
四
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。
电能全部转化为了内能
Q＝W
Q＝I2Rt
W＝UIt
U＝IR
(2) 电功与电热的联系
焦耳定律
四
②当电流通过某些用电器时，电能主要转化为其他形式得能量，
只有少部分转化为内能，即Q＜W。
W总＝UIt =W机械能+Q热量
焦耳定律
四
电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。但导线的电阻远小于电炉丝的电阻。
思考一下
为什么电炉丝热得发红而导线几乎不发热？
根据焦耳定律Q＝I2Rt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。
焦耳定律
四
电热的利用与防止
五
1.电热的利用
加热
利用电热孵化器孵小鸡
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。
· 电热器的发热体：电阻大、熔点高的金属丝或合金片。
· 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。
电热的利用与防止
五
2.电热的防止
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。
电热的利用与防止
五
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。
电热的利用与防止
五
随堂练习
六
练一练
1．为了找出电流通过导体时产生的热量跟导体电阻的关系，实验时必须同时保持不变的物理量是（　　）
A．导体的电阻和导体中的电流
B．导体的电阻和通电时间
C．导体中的电流和通电时间
D．导体的电阻、导体中的电流和通电时间
C
2．将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是（　　）
A．电冰箱产生的热量最多 B．电风扇产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
C
随堂练习
六
3．如图所示是探究电流通过导体时产生热量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，通电一段时间后，右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是（　　）
A．左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大
B．该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟
电流大小的关系
C．该装置可以用来探究电流通过导体产生的热
量跟通电时间的关系
D．U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液
体的热胀冷缩造成的
C
随堂练习
六
4．小市同学在科学课上表演了一个小魔术，用如图所示形状的金属片点燃火柴，他将此金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在哪个位置最容易被点燃（　　）
A．a点 B．b点 C．c点 D．都一样
C
随堂练习
六
5．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，线圈中通过的电流为10A．这台电动机工作1s产生的热量为（　　）
A．3800J B．72200J
C．200J D．4000J
C
随堂练习
六
课堂小结
七
电流的热效应
焦耳定律
电热的利用和防止
焦耳定律
特征：电流通过导体会发热
探究电流热效应跟哪些因素有关
表述：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
公式： Q = I2Rt
Q = I2Rt 的推导公式的应用
应用：电热器。
防止：散热器等。

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