资源简介

(共38张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：13.3 电流的热效应
学科：物理
年级：九年级
授课教师：[你的姓名]
幻灯片 2：课程引入
生活现象展示：
电热水壶烧水时，壶底发热将水烧开。
电熨斗通电后发热，能熨烫衣物。
电脑长时间工作后，主机外壳会发热。
电暖器通电后放出热量，使房间温度升高。
提问：
这些电器工作时都有什么共同现象？（通电后发热）
电能转化成了什么形式的能？引出本节课主题 —— 电流的热效应。
幻灯片 3：电流的热效应概念
定义：电流通过导体时，导体发热的现象叫做电流的热效应。
能量转化：电流的热效应过程中，电能转化为内能。
普遍性：任何导体中有电流通过时，都会产生热效应，只是不同导体发热的多少不同。
示例：
白炽灯工作时，电能大部分转化为内能，少部分转化为光能。
纯电阻电路（如电热器）工作时，电能几乎全部转化为内能。
图示：展示不同导体通电发热的示意图，标注能量转化方向。
幻灯片 4：探究影响电流热效应的因素
提出问题：电流通过导体产生的热量与哪些因素有关？
猜想与假设：可能与电流大小、导体电阻、通电时间有关。
实验方法：控制变量法。
实验器材：
电源、开关、滑动变阻器、定值电阻（不同阻值）、导线若干。
装置：两个相同的密闭容器，内装等质量的空气，各放入一个电阻丝，通过玻璃管中液柱的上升高度反映热量多少（转换法）。
实验设计：
探究热量与电阻的关系：控制电流和时间相同，将阻值不同的电阻串联（电流相同），观察液柱上升高度。
探究热量与电流的关系：控制电阻和时间相同，通过滑动变阻器改变电流，观察同一电阻对应的液柱上升高度。
探究热量与时间的关系：控制电阻和电流相同，改变通电时间，观察液柱上升高度变化。
图示：展示实验装置图，标注各部分名称和实验变量。
幻灯片 5：焦耳定律
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。
提出者：英国物理学家焦耳通过大量实验总结得出，因此称为焦耳定律。
公式：\(Q = I^2Rt\)。
其中：\(Q\)表示热量，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）；\(t\)表示时间，单位是秒（s）。
公式理解：
公式表明，热量与电流的关系最为密切（二次方关系），电流增大时，热量会显著增加。
该公式适用于任何电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路。
纯电阻电路中的关系：在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，因此\(Q = W = UIt = \frac{U^2}{R}t = Pt\)。
幻灯片 6：焦耳定律的应用计算
类型一：基本公式应用
题目：一个阻值为 10Ω 的电阻，通过的电流为 2A，通电 5 分钟产生的热量是多少？
解答：\(t = 5min = 300s\)，\(Q = I^2Rt = (2A)^2×10Ω×300s = 12000J\)。
类型二：纯电阻电路综合计算
题目：一个电熨斗接在 220V 的电路中，电阻为 1210Ω，工作 10 分钟产生多少热量？
解答：方法一（用\(Q = I^2Rt\)）：\(I = \frac{U}{R} = \frac{220V}{1210Ω} = \frac{2}{11}A\)，\(t = 600s\)，\(Q = (\frac{2}{11}A)^2×1210Ω×600s = 24000J\)。
方法二（用\(Q = \frac{U^2}{R}t\)）：\(Q = \frac{(220V)^2}{1210Ω}×600s = 24000J\)。
类型三：非纯电阻电路计算
题目：一台电动机的电阻为 5Ω，接在 220V 的电路中，通过的电流为 4A，工作 10 分钟，电动机产生的热量是多少？
解答：电动机是非纯电阻电路，只能用\(Q = I^2Rt\)，\(t = 600s\)，\(Q = (4A)^2×5Ω×600s = 48000J\)。
幻灯片 7：电流热效应的利用
电热器：利用电流的热效应工作的设备，将电能转化为内能。
常见电热器：
电热水器：通过电阻丝发热加热水。
电熨斗：电阻丝发热使熨斗底板温度升高，用于熨烫衣物。
电饭锅：发热盘发热将米饭煮熟。
电暖器：通过发热元件发热取暖。
电热毯：内部电阻丝发热，用于冬季取暖。
设计特点：电热器的发热体通常由电阻率大、熔点高的合金丝制成（如镍铬合金），能产生较多热量且不易熔断。
图示：展示各种电热器的实物图，标注其发热部件。
幻灯片 8：电流热效应的危害与防止
危害：
电器过热可能导致绝缘材料老化、损坏，缩短使用寿命。
严重时可能引发火灾，如电线老化发热引起火灾。
电动机、电脑等设备过热会影响正常工作，甚至烧坏元件。
防止措施：
散热设计：电器安装散热孔、散热片（如电脑主机、电视机背面的散热孔）。
风扇降温：大功率电器配备散热风扇（如电脑 CPU 风扇、电动机散热风扇）。
保险丝保护：电路中安装保险丝或空气开关，当电流过大时自动切断电路，防止过热。
合理使用：避免电器长时间连续工作，及时关闭不用的电器。
示例：手机长时间使用会发热，可暂停使用让其降温；电暖器使用时远离易燃物，防止过热起火。
幻灯片 9：保险丝的作用与原理
作用：当电路中电流过大时，保险丝自动熔断，切断电路，保护用电器和电路安全。
材料特点：由电阻率大、熔点低的铅锑合金制成。
原理：根据焦耳定律\(Q = I^2Rt\)，当电路中电流过大时，保险丝产生的热量增多，温度迅速升高达到熔点而熔断，从而切断电路。
选用原则：保险丝的额定电流应等于或略大于电路中正常工作时的最大电流，不能用铜丝、铁丝代替（铜丝、铁丝熔点高，电流过大时不会熔断，起不到保护作用）。
新型保护装置：空气开关，当电流过大时自动跳闸切断电路，跳闸后可复位重新使用，比保险丝更方便。
图示：展示保险丝和空气开关的实物图，解释其工作原理。
幻灯片 10：课堂练习
选择题：
下列现象中，利用电流热效应的是（ ）
A. 电动机带动水泵抽水 B. 电熨斗熨烫衣物 C. 电解水产生氢气和氧气 D. 太阳能电池板发电
关于焦耳定律，下列说法正确的是（ ）
A. 电流通过导体产生的热量跟电流成正比 B. 电流通过导体产生的热量跟电阻成反比 C. 焦耳定律的公式是\(Q = UIt\) D. 焦耳定律适用于任何电路
某同学家的电线着火，可能的原因是（ ）
A. 电路中电流过小 B. 电线电阻过小 C. 电路中电流过大 D. 电线的绝缘皮过硬
填空题：
电流的热效应是指__________，能量转化是__________转化为__________。
焦耳定律的公式是__________，其中各物理量的单位分别是__________、、、__________。
保险丝是利用__________的材料制成的，当电路中电流过大时，保险丝会__________，从而保护电路。
计算题：
一个电烤箱的电阻为 48.4Ω，接在 220V 的电路中，工作 30 分钟，产生的热量是多少？消耗的电能是多少？（电烤箱为纯电阻用电器）
幻灯片 11：课堂总结
电流的热效应：电流通过导体时发热的现象，电能转化为内能。
焦耳定律：\(Q = I^2Rt\)，热量与电流的二次方、电阻、时间成正比，适用于任何电路。
应用与危害：
利用：制成各种电热器，为生活和生产提供便利。
危害：电器过热可能损坏设备或引发火灾，需采取散热和保护措施。
保险丝：利用电阻率大、熔点低的材料制成，电流过大时熔断保护电路，不能用其他金属丝代替。
核心关系：理解电流热效应的本质和规律，学会利用其有益方面，防止其危害，是安全用电的重要基础。
幻灯片 12：课后作业
书面作业：完成课本中关于电流热效应的练习题，包括焦耳定律的应用计算、电流热效应的利用与防止分析等。
实践作业：
观察家中的电热器（如电热水壶、电饭锅），记录其额定功率和电阻（通过铭牌计算），估算其工作 1 小时产生的热量。
检查家中的保险丝或空气开关，了解其额定电流，分析如果同时使用多个大功率电器是否会跳闸。
拓展作业：查阅资料，了解不同类型的电热器（如电阻式、电磁式）的工作原理，比较其效率差异；或设计一个简单的散热装置，说明其利用的物理原理和效果。
2024北师大版物理九年级全册
13.3电流的热效应
第十三章 电功和电功率
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
知道电流的热效应与哪些因素有关。
02
结合生活实例，认识电流的热效应。
01
学习目标
理解焦耳定律，会用焦耳定律进行简单的计算。
03
观察与思考
台灯工作一段时间后灯泡会发烫；给电热水壶通电可以给水加热；给电烤箱通电可以把食物烤熟，这些热量是从哪里来的？
电流的热效应
什么是电流的热效应？
电流通过导体时会产生热量，将电能转化为内能这种现象叫作电流的热效应。
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
刚刚发光的灯泡并不热，过一会儿就会烫手，这是为什么？
问题与思考
问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
猜想：与电阻、电流、时间有关
设计实验：
当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？
用什么方法去观察那些不可见的物理量？
电流的热效应与哪些因素有关
控制
变量法
转换法
实验1：研究电热与电阻关系
R1=5 Ω
R2=10 Ω
A
条件：容器相同，I相同，t相同
结论：I和t相同时，R越大，Q越多。
现象：B中液面上升多
5 Ω
5 Ω
5 Ω
A
B
实验2：研究电热与电流关系
I = 2I1
A
I
R=5 Ω
R=5 Ω
R=5 Ω
I1
结论：R和t相同时，I越大，Q越多。
现象：D中液面上升多
条件：容器相同，R相同，t相同
5 Ω
5 Ω
5 Ω
C
D
实验视频
实验表明：导体的电阻越大，通过导体的电流越大，通电时间越长，电流的热效应就越显著。
焦耳定律
Q = I2Rt
内容：电流通过导体时产生的热量，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：
补充说明：电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为热，没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。
即：
Q=I2Rt
电热
W=UIt
电能
什么情况电热会小于电能呢？
焦耳定律
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，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。
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
导线和电炉丝串联，通过它们的电流是一样的，而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多，根据焦耳定律Q=I Rt可知，在相同时间内电流通过电炉丝产生的热量比通过导线产生的热量大，因此电炉热得发红而导线却几乎不发热。
思考与讨论
练一练
一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V 的电源两端，在 5 min内共产生多少热量
I =
U
R
解：
=
36V
60Ω
= 0.6A
Q = I2Rt
= (0.6A)2×60Ω×5×60s
= 6480J
答：在5min内电阻丝共产生热量6480J。
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
前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
思考与讨论
电流热效应的应用及危害防止
1.电流热效应的应用
利用电热孵化器孵小鸡
电热器都是利用电流的热效应工作的。
用于加热
用电器工作时，都不可避免地发热。这是电流热效应的表现，它既会浪费能源，又会由于升温使用电器有被烧毁的危险，因此很多用电器采用设置散热孔、散热片或在发热部位安装风扇等方法散热。
2.电流热效应危害的防止
电脑的微型风扇
电视机的后盖
拓展：电能和电热的关系
纯电阻电路：
消耗的电能全部转化为内能
纯电阻电路电热计算式
Q = I Rt
W = UIt
=
U2
R
纯电阻电路电能计算式
W = I2Rt
100%转化
电能
W = UIt
非纯电阻电路：
消耗的电能一部分转化为内能
电热
Q = I Rt
其他形式的能量
某电动机上标有“220V 2A”它的线圈电阻为5 ，当它正常工作1min后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？
解：消耗的电能 W总=UIt=220V×2A×60s=26400J
线圈中产生的热量 Q=I2Rt=(2A)2×5 ×60s=1200J
得到的机械能 W机=W总-Q=26400J-1200J=25200J
练一练
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1．下列利用电流热效应工作的用电器是(　　)
A．电视机 B．电风扇
C．电脑 D．电炉
[补充设问]电流的热效应是电流通过导体时电能转化为________的现象。
D
知识点1
电流的热效应
内能
2．若电视机、电烙铁和电风扇上都标有“220 V 60 W”的字样，它们都在额定电压下工作相同的时间，则三个用电器中产生的热量最多的是(　　)
A．电烙铁 B．电视机
C．电风扇 D．一样多
A
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易错点睛：三种用电器额定功率相同，在相同时间内消耗的电能相同，电烙铁是将电能全部转化为内能，所以产生热量最多。
3．下列事例属于防止电流热效应产生危害的是(　　)
A．养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B．电脑里的散热风扇
C．小明妈妈用电熨斗熨衣服
D．家里使用电烤箱做比萨
B
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4．[2025年1月宝鸡期末]在探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验中，采用了如图所示的电路。
【实验思路】
(1)两烧瓶中应装入质量和初温都相同的煤油，实验中通过观察__________________来比较电流通过导体产生热量的多少。
温度计示数变化
知识点2
探究影响电热的因素
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【实验过程】
(2)如图甲所示，两烧瓶中装有阻值不同的电热丝(R1＞R2)，可以探究电流通过导体产生的热量与________的关系；通电一段时间，通过________(填“R1”或“R2”)的电流产生的热量较多。
(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________(填“相同”或“不同”)，可以探究________和通电时间一定时，电流产生的热量跟________的关系。
电阻
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R1　
不同
电阻
电流
【实验结论】
(4)通过上述实验可得出：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电热越多；在电阻和通电时间相同时，__________，电热越多。
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电流越大
5．[2025·吉林模拟改编]夏天，人们常用电热驱蚊器驱蚊，它的发热元件是一个阻值为10 000 Ω的电阻，工作电流为0.02 A，则该发热元件通电1 min产生的热量为(　　)
A．200 J B．240 J
C．400 J D．12 000 J
B
知识点3
焦耳定律
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6．如图所示，电源电压为6 V且保持不变，闭合开关，电压表示数为4.5 V，电流表示数为0.5 A，若通电2 min，则电阻R1产生的热量是________J。
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7．如图所示，有一款平面镜防雾膜，膜内装有电热丝，将它贴在镜背面并通电，可防止水蒸气在镜面上液化，若防雾膜的额定功率为20 W，正常工作10 min产生的热量是________J。
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8. [新情境题][2024年5月25日至6月1日为安徽省科技周。为了准备科技周活动，学校举行了创新科技活动，爱动脑筋的小点用甲、乙两个电热丝，制作一个加热元件，甲、乙两电热丝电阻之比为2∶3，通过的电流之比为3∶1，则相同时间内产生的热量之比为(　　)
A．2∶1 B．6∶1 C．1∶2 D．1∶6
B
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9. [新考法]小乐按图连接电路，其中R1、R2、R3是三段电阻丝(R1A．a、b、c　　　　　 B．c、a、b
C．a、c、b　　　　　 D．c、b、a
D
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10．[2025·重庆模拟如图所示的便携式封口机，使用电压为3 V的电源，接通电路后发热电阻温度升高，利用电流的________效应实现高温封口。若发热电阻的阻值为1 Ω，则3 s内产生的热量为________J。用该封口机封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值
更________的发热电阻。
热
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大
11．[2025·广州模拟改编]小俊购买了一个玩具四驱车电动机，其说明书显示线圈内阻RM＝2.5 Ω，当电动机两端接上3 V电压时它正常转动，通过线圈的电流为0.4 A，则通电1 min，小电动机消耗的电能是______J，线圈产生的热量是________J。
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12．如图所示的是某家用电炖锅的简化电路图。电源电压为220 V，R1和R2均为加热电阻。当开关S接1时为加热状态，功率为880 W；开关S接2时为保温状态，功率为220 W。
(1)电阻R1的阻值是多少？
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解：(1)当开关S接1时为加热状态，
此时电路中只有电阻R1工作，
电阻R1的阻值R1＝ ＝55 Ω。
12．如图所示的是某家用电炖锅的简化电路图。电源电压为220 V，R1和R2均为加热电阻。当开关S接1时为加热状态，功率为880 W；开关S接2时为保温状态，功率为220 W。
(2)电炖锅保温状态下工作10 min，电阻R2产生热量是多少？
开关S接2时为保温状态，此时电阻R1与电阻R2串联。
此时电路中电流I＝ ＝1 A，由欧姆定律得，电路总电阻R＝ ＝220 Ω，电阻R2阻值R2＝R－R1＝220 Ω－55 Ω＝165 Ω，电炖锅保温状态下工作10 min，电阻R2产生的热量Q＝I2R2t＝(1 A)2×165 Ω×10×60 s＝9.9×104 J。
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13. [中考趋势题]学校师生自制了一台电烘箱，测试时让箱内电阻丝工作一段时间后，发现箱内温度低于设计温度。为了达到设计要求，在不改变其他条件的情况下，应将箱内电阻丝换成长一些的还是短一些的？________(填“长”或“短”)一些，理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
短
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要提高箱内温度，必须使箱内电阻丝产生的热量增多，由Q＝I2Rt＝ 可知，当电源电压和通电时间不变时，应减小电阻丝的电阻，故应将箱内电阻丝换成短一些的
电流的热效应
电流的热效应
电流通过导体会发热
焦耳定律
电流的热效应与哪些因素有关
表述：电流通过导体时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
与电流、电阻、通电时间有关
电流热效应的应用及危害防止
谢谢观看！

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