资源简介

(共36张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：18.4 焦耳定律
副标题：电流热效应 公式推导 实际应用
幻灯片 2：学习目标
认识电流的热效应，了解生活中利用和防止电热的实例。
理解焦耳定律的内容，掌握其数学表达式及单位。
能运用焦耳定律公式计算电流产生的热量，区分纯电阻电路与非纯电阻电路中电热的计算。
结合实例分析电热的利用与防护，理解焦耳定律在生活中的应用价值。
幻灯片 3：电流的热效应
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：电能转化为内能（如电流通过电炉丝发热，电能→内能）。
生活实例：
利用电热：电热水器、电熨斗、电饭锅、电暖器等（通过电热工作）。
防止电热：电视机散热孔、电脑风扇、电动机外壳散热片等（避免过热损坏设备）。
实验现象：将电阻丝接入电路，通电一段时间后，电阻丝温度升高，甚至能点燃放在上面的火柴，直观展示电流的热效应。
幻灯片 4：焦耳定律的探究实验
实验目的：探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关。
实验装置：两个相同的密闭容器，内装等质量的空气，电阻丝\( R_1 \)与\( R_2 \)（\( R_1 > R_2 \)）分别放入容器，通过 U 形管中液面高度差反映热量多少（空气受热膨胀，液面差越大，热量越多）。
实验过程：
控制电流和时间相同，探究热量与电阻的关系：\( R_1 \)所在容器液面差更大，说明电阻越大，热量越多。
控制电阻和时间相同，改变电流（如串联滑动变阻器调节电流）：电流越大，液面差越大，说明电流越大，热量越多。
控制电阻和电流相同，改变通电时间：时间越长，液面差越大，说明时间越长，热量越多。
实验结论：电流通过导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。
幻灯片 5：焦耳定律的内容与公式
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。
数学表达式：\( Q = I^2Rt \)
其中：\( Q \)表示电流产生的热量（单位：焦耳，J）；\( I \)表示电流（单位：安培，A）；\( R \)表示电阻（单位：欧姆，Ω）；\( t \)表示时间（单位：秒，s）。
单位：各物理量单位需统一为国际单位，1J = 1A Ω s。
公式推导：由英国物理学家焦耳通过大量实验总结得出，适用于所有电路中电热的计算。
幻灯片 6：焦耳定律与电功、电功率的关系
纯电阻电路：电能全部转化为内能（如电炉、电熨斗），此时\( Q = W \)。
电功公式：\( W = UIt = I^2Rt = \frac{U^2}{R}t \)，故热量\( Q = W = UIt = I^2Rt = \frac{U^2}{R}t \)。
电功率公式：\( P = \frac{W}{t} = \frac{Q}{t} = I^2R = \frac{U^2}{R} \)（此时电热功率等于电功率）。
非纯电阻电路：电能大部分转化为其他形式的能（如机械能），少部分转化为内能（如电动机、电风扇），此时\( Q < W \)。
电功\( W = UIt \)（总电能），热量\( Q = I^2Rt \)（仅内能部分），故\( W = Q + W_{\text{ }} \)。
电功率\( P = UI \)（总功率），电热功率\( P_{\text{ }} = I^2R \)（发热功率），故\( P = P_{\text{ }} + P_{\text{ }} \)。
关键区别：纯电阻电路中电热等于电功，可灵活选用公式；非纯电阻电路中电热只能用\( Q = I^2Rt \)计算，不能用\( Q = UIt \)或\( Q = \frac{U^2}{R}t \)。
幻灯片 7：焦耳定律的计算示例
示例 1：纯电阻电路计算
题目：一个 10Ω 的电阻接在 220V 电路中，通电 10 分钟产生多少热量？
解：方法一（\( Q = I^2Rt \)）：\( I = \frac{U}{R} = \frac{220V}{10 } = 22A \)，\( t = 600s \)，\( Q = (22A)^2 10 600s = 2.904 10 J \)。
方法二（\( Q = \frac{U^2}{R}t \)）：\( Q = \frac{(220V)^2}{10 } 600s = 2.904 10 J \)。
示例 2：非纯电阻电路计算
题目：某电动机工作时电压 220V，电流 5A，电阻 5Ω，通电 1 分钟：
消耗的电能是多少？
产生的热量是多少？
转化的机械能是多少？
解：
电能\( W = UIt = 220V 5A 60s = 6.6 10 J \)。
热量\( Q = I^2Rt = (5A)^2 5 60s = 7.5 10 J \)。
机械能\( W_{\text{ °}} = W - Q = 6.6 10 J - 7.5 10 J = 5.85 10 J \)。
示例 3：安全用电计算
题目：家庭电路中某导线电阻 0.5Ω，通过电流 10A，10 分钟产生多少热量？是否存在安全隐患？
解：\( Q = I^2Rt = (10A)^2 0.5 600s = 3 10 J \)。导线产生大量热量，易引发火灾，存在安全隐患。
幻灯片 8：电热的利用
电热器工作原理：利用电流的热效应，将电能转化为内能，核心部件是电阻丝（电阻率大、熔点高的材料，如镍铬合金）。
常见电热器：
电热水器：通过电阻丝加热水，\( Q = cm t \)（热量被水吸收）。
电饭锅：电阻丝发热加热食物，温度达到设定值时自动断电（温控开关控制）。
电熨斗：电阻丝发热使底板升温，通过调温旋钮改变电阻，控制发热功率。
优点：清洁卫生、加热效率高、温度易控制。
幻灯片 9：电热的防止
危害：过多的电热会使电器温度过高，加速绝缘材料老化，甚至烧坏设备、引发火灾（如电线过载发热、电动机长时间工作过热）。
防止措施：
散热设计：电视机、电脑安装散热孔和风扇，加快空气流通散热。
温控保护：电熨斗、电暖器装有温控开关，温度过高时自动断开电路。
合理布线：家庭电路中大功率用电器单独接线，避免导线电流过大发热。
规范使用：避免用电器长时间连续工作（如电动机、电磁炉），定期检查散热装置。
幻灯片 10：常见错误分析
错误 1：在非纯电阻电路中用\( Q = UIt \)计算热量。
纠正：非纯电阻电路中电能大部分转化为其他形式的能，\( Q \neq W \)，热量只能用\( Q = I^2Rt \)计算。
错误 2：忽略焦耳定律中 “电流的二次方” 关系，误认为热量与电流成正比。
纠正：热量与电流的平方成正比（\( Q \propto I^2 \)），电流加倍，热量变为原来的 4 倍。
错误 3：计算时单位不统一，如时间用分钟直接代入公式。
纠正：公式中时间单位必须为秒（s），需将分钟、小时换算为秒后计算。
错误 4：混淆 “电热功率” 和 “总功率”，认为两者在任何电路中都相等。
纠正：纯电阻电路中两者相等，非纯电阻电路中总功率大于电热功率（\( P = UI > P_{\text{ }} = I^2R \)）。
幻灯片 11：知识梳理
电流热效应：电流通过导体发热，电能→内能。
焦耳定律：\( Q = I^2Rt \)，热量与电流平方、电阻、时间成正比。
公式应用：
纯电阻电路：\( Q = W = UIt = I^2Rt = \frac{U^2}{R}t \)。
非纯电阻电路：\( Q = I^2Rt \)（仅内能），\( W = UIt > Q \)。
电热的利用与防止：利用电热器工作，通过散热、温控等措施防止电热危害。
幻灯片 12：课堂练习
电流通过导体产生的热量跟______成正比，跟导体的______成正比，跟______成正比，这个规律叫做焦耳定律，公式为______。
某电阻丝电阻为 5Ω，通过电流 2A，通电 10s 产生的热量为______J。
电动机工作时，电能主要转化为______能，少部分转化为______能，计算其产生的热量应使用公式______。
纯电阻电路中，电流产生的热量______消耗的电能（选填 “大于”“小于” 或 “等于”），此时可用公式______计算热量。
为防止电热危害，电视机后壳有许多小孔，其作用是______。
幻灯片 13：课后作业
完成课本上关于焦耳定律的练习题，重点区分纯电阻与非纯电阻电路的热量计算。
观察家中 3 种利用电热的用电器和 2 种防止电热的设备，分别说明其工作原理或防护措施。
某电热水壶标有 “220V 1000W”，正常工作 5 分钟：①消耗多少电能？②产生多少热量？③若电阻丝电阻不变，接在 110V 电路中，相同时间产生的热量是多少？
2024人教版物理九年级全册
18.4 焦耳定律
第十八章 电功率
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
物理观念
1. 知道电流的热效应及影响电热大小的因素。
2.知道电热的利用和防止。
科学思维
1.通过探究实验结合控制变量法分析，得出影响电热的因素。
2.能应用焦耳定律分析解决实际问题。
难点
重点
　　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 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
电暖器、电热器、电饭煲，通电后能量是如何转化的？
电流的热效应就是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。
电能转化为内能
任务一、认识电流的热效应
给电炉通电，电炉丝热得发红，用手触摸连接导线却不怎么热。
（1）连接电炉丝的导线和电炉丝是怎样连接的？
（2）通过电炉丝和导线的电流有怎样的关系？
（3）电炉丝热得发红，为什么连接的导线却不怎么发热呢
交流与讨论
猜想：电流产生的热量与哪些因素有关
任务二、探究影响电热大小的因素
（1）为了探究电流产生的热量与通电时间、电流、电阻的关系，我们需要用到什么探究方法？
制订计划与设计实验方案
控制变量法
任务二、探究影响电热大小的因素
（2）探究电热与电阻的关系时，需要保持通电时间、电流不变，
改变电阻。如何保持电路中的电流不变呢？怎样改变电阻？
需要选取阻值不同的两根电阻丝，将它们串联。
任务二、探究影响电热大小的因素
制订计划与设计实验方案
（3）实验中电流产生的热量如何被我们感知？我们通过观察什
么就能比较电流产生热量的多少？这是什么方法？
实验中利用电阻丝加热一定质量的空气，通过电流做功把电能转化为内能，向外放出热量，使空气温度升高。我们通过观察U形管中的液柱的高度差，就能比较电流产生热量的多少。（转换法，前提是空气的质量和初温都相同）
任务二、探究影响电热大小的因素
制订计划与设计实验方案
（4）实验器材有哪些？
电源、阻值不同的电阻丝、电流表、滑动变阻器、开关、导线、2个密封等量空气的透明容器、停表等。
任务二、探究影响电热大小的因素
制订计划与设计实验方案
探究1：探究产生电热的多少与通电时间的关系
进行实验与收集证据
结论：对同一电阻丝，在电流和电阻相同的情况下，通电时间越长，U形管中的液柱高度差越大，电流产生的热量越多。
任务二、探究影响电热大小的因素
探究2：探究产生电热的多少与电流大小的关系
结论：在通电时间和电阻大小相同的情况下，通电电流越大，U形管中的液柱高度差越大，电流产生的热量越多。
任务二、探究影响电热大小的因素
进行实验与收集证据
探究3：探究产生电热的多少与电阻的关系
结论：在电流大小不变、通电时间相同的情况下，电阻越大，U形管中的液柱高度差越大，电流产生的热量越多。
任务二、探究影响电热大小的因素
进行实验与收集证据
电热的影响因素的定性规律：
电流通过导体时产生的热量与通电时间、电流和电阻有关，通电时间越长、电流越大、电阻越大，电流产生的热量越多。
任务二、探究影响电热大小的因素
进行实验与收集证据
1.焦耳定律的内容：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：
3.单位：
Q＝I2Rt
J、A、Ω、s
任务三、认识焦耳定律
小明在一次野炊活动中，将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸(可看作导体)接在干电池正负两极上，如图所示，锡箔纸较窄处最先燃烧。请说明原因。
学以致用
任务三、认识焦耳定律
答案：较宽处和较窄处串联，通过的电流是相等的。在材料与长度相同的情况下，窄处的横截面积小，电阻较大。根据 Q=I Rt可知，在相同时间内热量较多。
利用电热的用电器
电热为人类造福的同时，也会给人们带来灾难，比如使用充电器引起的火灾等，必须防止。
任务四、电热的利用与防止
下列事例中，属于防止电流热效应产生危害而采取的措施是（　　）
A．用家用电饭锅煮米饭
B．电视机后盖上有很多小孔
C．用电热孵卵器孵小鸡
D．用电烙铁对电线进行焊接
学以致用
B
任务四、电热的利用与防止
知识点1 电流的热效应
1.［2024商丘模拟］下列用电器中，主要利用电流的热效应工作的是
( )
C
A.收音机 B.电视机 C.电饭锅 D.电冰箱
2.如图是“探究电流通过导体时产生
的热量与哪些因素有关”的实验装置，
两个透明容器中密封着等量的空气。
（1）实验中通过观察____________
_________来比较电流通过导体产生
热量的多少。
形管液面的高度差
（2）图甲中、 串联，可探究电流产生的热量与______的关系。
电阻
（3）乙装置中的电阻的作用主要是使电阻和 中的电流________
（填“相等”或“不相等”）；若通过的电流为，则通电，
产生的热量为_____。为了使实验现象更明显，可以将 换成阻值更
____（填“大”或“小”）的电阻。
不相等
300
小
（4）乙装置中，如果断路，在通电时间相同时，与 没有断路时相
比较，右侧 形管中液面的高度差将______（填“变大”“变小”或“不
变”）；让乙装置冷却到初始状态，若将右侧并联的两根电阻丝、
都放入容器中，该装置____（填“能”或“不能”）探究电流产生的热量与
导体电阻的关系。
变大
能
知识点2 焦耳定律
3.一台“”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为 ，则小风
扇正常工作 产生的热量为( )
B
A. B. C. D.
4.用粗细均匀的电热丝烧水，通电 可烧开一壶水，若将两根相同
的电热丝串联起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是
( )
C
A. B. C. D.
5.［2024天津河东区一模］甲、乙两电热丝的电阻之比为 ，通过的
电流之比为 ，则相同时间内产生的热量之比为( )
A
A. B. C. D.
6. 小邦家的电热取暖器的电源线坏了，他在网上新买
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( )
C
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
7.如图所示，电源电压不变，定值电阻阻值为 ，
定值电阻阻值为 。当开关 闭合后，电流表示
数为 ，求：
（1）电阻 两端的电压；
解：由电路图知，两电阻串联,电流表测电路中的电流，由串联电路电
流规律知，，由欧姆定律可得，电阻 两端的电压
。
（2）通电，电流通过电阻 产生的热量。
解：通电，电流通过电阻 产生的热量
。
知识点3 电热的利用和防止
8.［2024济南期中］下列情况，属于防止电热产生危害的是( )
A
A.电脑机箱里装有小风扇
B.家电长时间停用，给家电通电除潮
C.用电熨斗熨衣服
D.冬天用电取暖器取暖
9.将规格均为“ ”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁
分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法中( )
B
①电烙铁产生的热量最多 ②三个用电器产生的热量一样多
③电烙铁消耗的电能最多 ④三个用电器消耗的电能一样多
A.只有①②正确 B.只有①④正确 C.只有②③正确 D.只有③④正确
（第10题）
10.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( )
C
A.点 B.点 C. 点 D.都一样
（第11题）
11.如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同
容器里装有质量和初温相同的水，每个
容器放入同种材料绕成的导电线圈，其
电阻，， ，
若同时通电，不考虑热量散失，经过一
D
A.乙、甲、丙、丁 B.乙、甲、丁、丙
C.丙、丁、甲、乙 D.丙、丁、乙、甲
段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是( )
12.［2024宿迁二模］如图所示，当开关闭合时，电压表、 的示数
分别为和，已知电动机的线圈电阻为 ，是阻值为 的
定值电阻，下列结论正确的是( )
C
A.两端的电压为
B.通过电动机的电流为
C.内电动机产生的机械能为
D.电动机消耗的电功率为
13.［2024烟台期末］如图甲所示是便
携式封口机，工作时利用电流的____
效应使发热电阻温度快速升高,从而熔
化塑料实现封口。如图乙所示是其原
热
135
小
理电路图，若电源电压是，发热电阻的阻值为 ，闭合开关，
则内封口机会产生_____ 的热量；若封口时因温度不够导致塑料袋
粘连效果不好，应将发热电阻换成阻值更____（填“大“或“小”）的电阻。
14.［2024长沙期末］图甲是具有高温、低温
两挡的电热饭盒，低温挡电功率为 ，简
化电路如图乙所示，、 均是发热电阻，
且的阻值是 的4倍。
（1）低温挡工作时的电流是多少？
解：低温挡工作时的电流 。
（2）低温挡加热 ，共产生多少热量？
解：低温挡加热 产生的热量
。
（3） 的阻值是多少？
解：由图乙可知，当开关接2时，电路为 的简单电路，电路的总电阻
较小；当开关接1时，电阻与 串联，电路的总电阻较大，在电源
电压一定时，由 可知，此时电路消耗的功率较小，饭盒处于低温
挡，电路的总电阻 ，解得
。
15. ［2024南通模拟］学习电学知识
后，小芳把裸铜线分别在两个削尖的铅笔芯上绕几圈，
使笔尖刚好接触，如图所示，接上 的电源，接触
点出现了明亮的电火花，是因为铅笔尖接触处的
电阻较大
增大电源电压
__________；若想让电火花更亮些，你的方法是______________，原理
是__________。
科学探究电流的热效应
焦耳定律
电热与电功
电热器
电流的热效应—电流通过导体时，电能转化为内能的现象
内容
公式：Q=I Rt
电能全部转化为内能，Q＝W，即Q＝W＝UIt＝I2Rt
电能部分转化为内能，W >Q
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