资源简介

(共54张PPT)
人教九全物理同步精品课件
人教版九年级全册
人教九全物理情景教学高效课件
第十八章 电功率
第4节 焦耳定律
主题情境：
生活中的用电器
目 录
情境串新知
2
课堂小结
3
学习目标
1
随堂练习
4
主题情境
生活中的用电器
活动线
问题线
电饭煲是利用电流产生的热量工作的，却设置了“散热孔”来散热避免工具损坏，这是为什么呢？
怎样定量计算电饭煲产生热量的多少？
寻找用电器工作时的共同特点
知识线
以电饭煲为例探索用电器发热的奥秘
观察用电器的工作过程，这些用电器在工作中有哪些共同特点？
电饭煲工作时，内部温度逐渐升高，但与之相连的导线却几乎不热，这是为什么？
电流的热效应概念
探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？
焦耳定律；
电能与电热的关系
电热的利用和防止
1. 能通过生活实例，认识电流的热效应.
2. 能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算.
3. 通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题.
学习目标
日常生产、生活中会用到很多用电器，请你结合这些用电器的工作过程，寻找他们工作时的共同特点.
电热毯 电炉 电热水器 热熔胶枪 电烙铁
情境串新知
请同学们观察以下用电器的工作过程，这些用电器在工作中有哪些共同特点呢？
点
击
播
放
视
频
活动1
寻找用电器工作时的共同特点
这些用电器工作时都要消耗_____，都会产生______，在这个过程中，______转化为_____.
电能
热量
电能
内能
一、电流的热效应
电流通过导体时，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应.
生活中哪些用电器也是利用电流热效应工作的，比一比看谁知道得多？
思考与交流
这两个用电器也是利用电流热效应工作的吗？你是如何判断的？
注意：有些用电器在工作时，电能很少一部分转化为内能，很大一部分转化为内能之外的其他形式的能(机械能、光能、声能等)，如电风扇、电冰箱、电脑、电视机、洗衣机.
扇叶转动
电能→______能
电能→______能
发热
画面
电能→_____能
电能→_____能
发声
电能→_____能
发热
机械
内
光
声
内
思考
活动2
以电饭煲为例探索用电器发热的奥秘
电饭煲的加热原理
电饭锅的加热原理主要依靠电热丝的加热作用.电饭锅内部有一个加热盘，当我们使用电饭锅煮饭时，将电饭锅插入电源后，电流通过电热丝，使电热丝发热.电热丝将热量给内胆，使内胆加热，将饭煮熟.
为了解其中的原因，需要设计实验探究电流通过导体产生热量的影响因素.
将电饭煲接入家庭电路通电后，电饭煲温度逐渐升高将饭煮熟，但与电饭煲连接的导线却几乎不热. 这是为什么？
思考
电流通过导体时产生的热量跟哪些因素有关？
猜想因素2：与电流大小有关
通电时间越长电饭煲温度越高
猜想因素3：
猜想因素1：电饭煲的电热盘和导线的电阻不同
【猜想与假设】
探究
【设计实验】
要研究某一因素对电流产生热量的影响，需要用什么方法来探究？
控制变量法
实验目的 探究电流产生的热量与通电时间是否有关 探究电流产生的热量与电流大小是否有关 探究电流产生的热量与电阻大小是否有关
控制不变的量 ____________________ ____________________ ____________________
自变量 __________________ __________________ __________________
因变量 产生热量的多少
热量不易观测，
应该如何测量呢？
电流大小、电阻大小
通电时间
通电时间、电阻大小
电流大小
电流大小、通电时间
电阻大小
接线柱
通气孔
5Ω
怎样判断电流通过导体时产生热量的多少
思考
5Ω
5Ω
5Ω
把这个电阻接入电路会有什么现象发生呢？
点击播放视频
电流通过导体产生的热量
U形管两侧液面高度差
电流产生的热量(Q放)
热传递
盒内空气吸收
的热量(Q吸)
热膨胀
增大的体积
液面的高度差
转 换
h
5Ω
通电一段时间后，U形管左右两侧液面出现了高度差
转换法
控制不变的量是：______ __________.
电流
通电时间
R1 = 5 Ω
R2 = 10 Ω
A
结论：在通电时间和电流大小相同的情况下，电阻的阻值越大，
产生的热量越多.
探究电流产生的热量与电阻大小的关系
实 验 1
需要改变的量是：______ .
电阻
如何实现呢？
点击播放视频
【进行实验】
探究电流产生的热量与通过导体的电流之间的关系
结论：在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过电阻的电流越大，
产生的热量越多.
控制不变的量是：_______ __________.
电阻
通电时间
需要改变的量是：______ .
电流
如何实现呢？
10 Ω
10 Ω
10 Ω
点击播放视频
实 验 2
I2 = (1/2)I1
I1
A
R = 10 Ω
R = 10 Ω
R = 10 Ω
I2
.
.
同一个电阻通电的时间越长，液柱上升较高..
探究电流产生的热量与通电时间的关系
结论：在电流、电阻相同的情况下，通电的时间越长，
产生的热量越多.
控制不变的量是：_______ ______.
需要改变的量是：____________ .
通电时间
电阻
电流
现 象
10 Ω
点击播放视频
实 验 3
R1
R2
R3
例 实验小组想探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关，实验装置如图甲、乙所示，甲、乙两装置中的两个透明容器中密封着等量空气，U形管中液面最初相平.
(1)实验中通过观察_____________________的变化反映密闭容器内空气温度的变化.
U形管中液面的高度差
将不易观察到的电热的多少转化为容易观察到的U形管两侧液面高度差的变化
(2)将甲装置接到电源两端，可探究电流产生的热量与______的关系.
加热一段时间后，右边U形管两侧液面高度差较大，由此可以得到结论：电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量就越_____ .
电阻
多
两电阻丝串联，电流相同，通电时间相同，电阻不同
右侧电阻产生的热量较多
(3)乙装置中的电阻R3的作用主要是使电阻R1和R2中的电流________(选填“相等”或“不相等”)，如图乙所示，通电一段时间后，与_____(选填“左”或“右”)侧容器相连的U形管中液面的高度差较大.
不相等
左
R1
R2
R3
电阻R3与R2并联，使通过电阻R2的电流I2＜I1
电阻相同时，相同时间内电流越大，产生的电热越多
二、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. 公式：
Q = I2 R t
热量 电流 电阻 时间
J A Ω S
物理量：
单位：
怎样定量计算电饭煲产生热量的多少？
思考
焦耳(James Prescott Joule，1818—1889)，英国物理学家. 用近 40 年的时间做了 400 多次实验，研究热和功的关系. 通过大量的实验，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.
焦耳，英国
(1818—1889年)
导线和电饭煲的加热盘串联，电流、时间都相同，而加热盘的电阻比导线的电阻大得多，根据Q=I Rt可知，电流通过加热盘产生的热量多，因此电饭煲热而导线却不热.
现在你能够回答：将电饭煲接入家庭电路通电后，为什么电饭煲温度逐渐升高将饭煮熟，但与电饭煲连接的导线却几乎不热？
释疑
小明发现家里的空调、电饭锅等大功率家用电器的电源线明显比台灯等小功率家用电器的电源线粗，这是为什么？
空调、电饭锅等功率较大的用电器，工作时通过导线的电流较大，如果导线横截面积过小，导线电阻就会过大，在一定时间内电流通过导线产生的热量越多，容易引起火灾等安全事故.
思考
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
想 想 议 议
1
前 者
前提条件：电压相同
公式： (并联)
Q =
U2
R
t
前提条件：电流相同
公式：Q=I2Rt (串联)
后 者
当电动机通电但电动机不转时，消耗的电能只会让电动机线圈发热，
(相当于纯电阻电路)
当电动机工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能(有用功)，同时，电动机线圈也会发热(额外功)：
电能(W ) 内能(Q)+机械能(E)
W = UIt
Q =I2Rt
E=W–Q
此时，W =UIt=Q=I2Rt
拓展：有关电动机的电热讨论
电能
用电器
内能
机械能
其他能
W = UIt
Q = I2Rt
电风扇、电视机等用电器：
W>Q= I2Rt
电暖器，电饭煲等用电器：
此时：Q=W=UIt =
U2
R
= I2Rt
t
电功 电功率 焦耳定律 适用范围
基本 公式
导出 公式
电功、电功率和焦耳定律计算公式对比
U2
R
t
W=
=I Rt
W
t
P=
=UI
U2
R
P=
=I R
W=UIt =Pt
Q=I Rt
Q =UIt = =Pt
U2
R
t
适用于纯电阻电路W=Q
普遍适用
例 某一家用电饭煲的铭牌上标有“220 V”字样，电饭煲正常工作时的电流为2.5 A，求：
(1)该电饭煲的电阻丝的电阻大小；
(2)在额定电压下通电20 min产生的热量．(电阻丝的阻值不受温度影响)
R =
U
I
=
220 V
2.5 A
= 88 Ω
Q = I2Rt = (2.5 A)2×88 Ω×1200 s=6.6×105 J
解：(1)根据欧姆定律可知该电饭煲的电阻丝的电阻：
(2)单位换算 ：20 min=1200 s
由焦耳定律可得在额定电压下通电20 min产生的热量：
额定电压
电饭煲是利用电流产生的热量工作的，却设置了“散热孔”来散热避免工具损坏，这是为什么呢？
思考
三、电热的利用和防止
1. 电热的利用
利用电热孵化器孵小鸡
用于加热
电热器都是利用电流的热效应工作的，主要工作部件是发热体.
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.
电热器的发热体材料有什么特点？
思考
2. 电热的危害和防止
危害一：用电器烧坏
点击播放视频
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高.如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等.
电脑的微型风扇
电视机的后盖
各类用电器的散热
点击播放视频
危害二：电能损耗
2. 电热的危害和防止
输电要用导线，导线有电阻，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电能损耗不能忽略.
世界首条35千伏公里级超导电缆落户上海，技术领先全球
点击播放视频
思考
Q 损= I2R线 t
方法一： 减小输电导线的电阻R
在电流和通电时间一定时，由Q = I 2Rt 可知，电阻越小，损耗电能也越小，故通常远距离输电选用相同条件下电阻较小的铝、铜或铝合金做输电导线.
方法二：减小输电电流I
P输= UI
输电功率P一定时，由P =UI 可知，电压越高，电流越小；在导线电阻和通电时间一定时，由Q = I 2Rt 可知，电流越小，损耗电能也越小，故远距离输电常利用高压输电. 注：“高压”也有一定的限度，需要考虑设备的承载和造价.
我国能源结构特点和人口分布不均匀，在西电东输工程中，造成的电能损耗更大，如何减小距离输电过程中的电能损耗？
例 下列情况中属于电热的利用的是( )
A. 电视机的后盖有许多孔
B. 电脑机箱内有小风扇
C. 电动机外壳有许多散热片
D. 家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
D
用电流的热效应产生的热来驱潮，是利用电热
散热，属于电热的防止
方法:_______、_____________
公式：___________
因素：____、________、_____
电热的利用和防止
焦耳定律
电流的热效应
焦耳定律
控制变量法
电流
Q = I2Rt
课堂小结
电流通过导体产生的热量跟______的二次方成正比，跟导体的______成正比，跟__________成正比.
转换法
通电时间
电阻
电流通过导体时____能转化成____能
电
内
实验：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
现象：
电流
电阻
通电时间
内容：
电热水壶、电暖器、电饭锅、电烤箱、电热毯等.
散热窗、散热片、散热风扇等.
利用:
防止：
1. 如图所示的家用电器中，主要利用电流的热效应工作的是(　　)
A. 电视机 B. 洗衣机 C. 吸尘器 D. 电饭煲
D
电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的热效应
随堂练习
×
电能转化为光能、声能和内能
电能转化为
机械能和内能
×
电能转化为
机械能和内能
×
电能转化为
内能
√
2. 如图所示是一直流电动机提升重物的装置.电源电压U=12 V保持不变，已知电动机线圈电阻为1 Ω，开关闭合后电动机匀速提升重物，此时，电流表读数为1 A，电压表读数为3 V，不计任何摩擦，求：
(1)1分钟内该电路消耗的总电能；
解：(1)1分钟内该电路消耗的总电能
(2)电动机的发热功率；
(2)电动机的发热功率
1 Ω
12 V
3 V
1 A
(3)当重物的质量超过一定数值时，电动机将无法转动，求此时电动机的电功率；
(3)根据欧姆定律可知，定值电阻的阻值是：
当电动机不转动时，相当于一个1 的电阻，由欧姆定律可得此时电路中的电流
电动机的功率是
1 Ω
12 V
3 V
1 A
(4)根据以上计算说明，为什么电动机不转时很容易被烧坏？
(4)电动机不转时，电流大大超过额定电流，根据Q=I2Rt可知，相同时间内电动机线圈产生过多的热量导致被烧坏
3. 用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油.
(1)烧瓶中装入的煤油是________(选填“导体”或“绝缘体”).
(2)请根据实物电路，在虚线框图内画出对应的电路图.
绝缘体
定值电阻R与R1并联，使通过电阻R1、R2的电流不相等
电阻
通电时间
电流
控制不变的量是：_______，_________.
需要改变的量是：______
R
R2
R1
R
(3)为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应_____，通过R1的电流______通过R2的电流.
(4)通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明__________________________________________________.
相等
小于
电阻和通电时间不变，电流越大产生的热量越多
R
(5)小明用如左下图示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图像，根据焦耳定律可知，右下图中能正确反映h–I关系的是____.
A
由焦耳定律Q = I2Rt可知，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比
反映电流通过导体产生的热量
(6)用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt 计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因. ___________
____________________________________________________________
___________________________________.
不能，含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化为内能，即发热了，W=UIt＞Q=I2Rt
4. 小明家买了一台电烤箱，有低、中、高三个挡位的发热功率，如图是其内部简化路图，开关S1可分别与触点a、b接触.已知：R1=48.4 Ω，R2=96.8 Ω，电源电压保持不变.请分析和解答以下问题：
(1)当开关S1置于b端、S2断开时，电烤箱处于什么挡位？简述理由.
(2)电烤箱在中挡位工作时，消耗的电功率是多少？
(3)电烤箱在高挡位工作时，对食物加热6 min，消耗的电能为多少？
由 得
U不变，R最小
U不变，R最大
P最大
高温挡
P最小
低温挡
(P 为电热器额定功率、U为额定电压、R为电路总电阻).
挡位判断的依据：
多挡位问题分析思路
看总电阻
拓展：
题干信息：已知：R1=48.4 Ω，R2=96.8 Ω，电源电压保持不变.
(1)当开关S1置于b端、S2断开时，电烤箱处于什么挡位？简述理由.
解：(1)低挡位. 当开关S1置于b端、S2断开时，电阻R1与R2串联，电路中的电阻最大，由 可知，此时电功率最小，是低挡位.
(2)电烤箱在中挡位工作时，消耗的电功率是多少？
(2)当开关S1置于b端、S2闭合时为中挡位，
电烤箱消耗的电功率
48.4 Ω
96.8 Ω
电烤箱消耗的电能
W=P总t=1.5×103 W×6×60 s=5.4×105 J
(3)当S1置于a端，S2闭合时，电烤箱在高挡位，电阻R1与R2并联，电烤箱消耗的总功率
(3)电烤箱在高挡位工作时，对食物加热6 min，消耗的电能为多少？
48.4 Ω
96.8 Ω
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com)
中小学教育资源网站
兼职招聘：
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin

展开更多......

收起↑