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第三节 焦耳定律（教学设计）
年级 九年级 学科 物理 课时数 1课时 教师
课题 第三节 焦耳定律
教学 目标 物理观念 明确电流的热效应概念：知道电流通过导体时电能转化为内能的现象，能列举电熨斗、电炉等利用热效应的实例，以及电视机、电脑等需防止热效应危害的场景。 掌握焦耳定律的核心内容：理解电流产生的热量与电流的二次方成正比、与电阻成正比、与通电时间成正比，能准确运用公式进行定量计算，明确各物理量单位。 区分电功与电热的关系：知道纯电阻电路中（如电炉）电热等于电功，非纯电阻电路中电热小于电功，避免公式滥用。
科学思维 通过 “电炉丝发热而导线不热” 的现象，运用控制变量法分析电热的影响因素，培养 “多变量问题→单一变量控制” 的逻辑思维。 结合实验数据推导定量关系，理解焦耳定律的本质，能解释 “电流变化对电热影响更显著” 的现象，提升数据解读能力。 运用焦耳定律解释生活现象（如电热器的发热原理、电脑散热设计），建立 “物理规律→实际应用” 的关联思维。
科学探究 参与 “探究电热影响因素” 分组实验：通过串联电路控制电流和时间，探究电热与电阻的关系；通过并联分压控制电阻和时间，探究电热与电流的关系，熟练运用转换法（用温度计示数变化反映热量多少）和控制变量法。 完成实验数据处理：记录不同电阻、电流下的温度变化，分析数据得出结论，体会 “定性观察→定量分析” 的探究过程。
科学态度 与责任 了解焦耳近 40 年实验研究的历程，感受科学家刻苦钻研、严谨求实的科学精神。 认识电热的双面性，能提出 “合理利用电热、有效防止危害” 的具体措施（如选用节能电热器、及时清理电器散热孔），树立安全用电和节能意识。 体会实验创新的价值（如用空气加热替代煤油、电子温度计精准测量），激发实验探究的兴趣与创新思维。
教材 分析 本节课是沪科版九年级物理 “电流做功与电功率” 单元的核心内容，承接电功、电功率的定量研究，聚焦 “电能转化为内能” 的专项规律，既是对能量转化知识的深化，也为后续安全用电、电能输送等内容奠定理论基础，在电学知识体系中起承上启下的作用。 教材遵循 “生活→探究→规律→应用” 的逻辑架构： 现象引入：从电炉、电熨斗等生活电器切入，建立电流热效应的具象认知，提出 “电热多少与哪些因素有关” 的探究问题； 实验探究：通过改进型实验装置（加热空气、电子测温），将传统定性实验升级为半定量探究，降低思维障碍，突出控制变量法和转换法的应用； 规律建立：基于实验结论引入焦耳定律，明确公式与单位，通过例题演示计算方法，衔接纯电阻与非纯电阻电路的差异； 应用拓展：分类介绍电热的利用（电热器）与防止（散热设计），落实 “从物理走向社会” 的课程理念。
学情分析 1. 已有基础 知识基础：掌握电功、电功率公式及欧姆定律，知道用电器工作伴随能量转化，能分析电路连接。 能力基础：熟悉控制变量法在探究实验中的应用，能进行基本电路操作、数据记录，有初步实验分析能力。 生活经验：对“电器发热”有直观感受，见过电热器和散热装置，但不清楚定量规律。 2. 学习难点 实验设计与操作：难自主设计“探究电热与电流关系”的电路，对转换法理解局限于表面关联。 公式理解与应用：易混淆Q=I^2Rt与W=UIt，忽略Q与I^2的非线性关系，在非纯电阻电路中误用公式。 规律与现象关联：难用焦耳定律解释“小电流长时间通电产生大量热量”等现象。 3. 教学策略 实验分层指导：用“任务单 + 电路图模板”分解探究步骤，先示范“探究电热与电阻关系”的电路设计，再引导自主完成“探究与电流关系”实验，用电子温度计显示数据，降低操作难度。 公式对比突破：通过“纯电阻 vs 非纯电阻”案例辨析，列表对比W与Q大小关系，明确公式适用条件，结合例题强化选公式习惯。 现象归因训练：结合实例，引导按“确定变量→代入规律→解释现象”步骤分析，建立“现象→规律→本质”思维链。
教学重点 电流热效应的概念，焦耳定律的内容、公式及单位。 “探究电热与电阻、电流、通电时间关系” 的实验设计与分析（控制变量法、转换法的应用）。 焦耳定律在电热利用与防止中的实际应用。
教学重点 理解 “Q 与 I^2 成正比” 的定量关系，区分电功与电热的差异。 设计 “探究电热与电流关系” 的实验电路，分析实验数据得出科学结论。 运用焦耳定律解释生活中复杂的电热现象（如电路火灾成因）。
教学过程
教学活动 设计意图
导入新课 【情景提问】 1. 实验激趣：演示 “电池点燃火柴” 实验 —— 将铅笔芯接在电池两端，接触火柴头，观察火柴点燃现象； 2. 问题链引导： - “火柴为什么会点燃？能量发生了怎样的转化？”（电能→内能，即电流的热效应） - “电炉丝热得发红，而连接的导线却几乎不热，这说明什么？”（电热多少与导体有关） 3. 引入课题：本节课通过实验探究电流产生热量的规律 —— 焦耳定律。 用生活化创新实验创设情境，直观建立电流热效应的概念，自然引出探究问题，体现 “从生活走向物理” 的理念。。
学习新课 一、电流的热效应 1.电流的热效应 概念定义：电能转化为内能的现象叫做电流的热效应，这是普遍存在的电学现象；用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在这个过程中，电能转化为内能。 2.电流的热效应用电器 展示电熨斗、电暖器（利用热效应）和电视机、电动机（产生无用热效应） 【例1】如果电冰箱、台式电脑和电热毯上都标有“220V 100W”的字样，它们都在额定电压下工作相同时间，则三个用电器产生的热量最多的是（ ）三个用电器消耗的电能最多的是（ ） A．电冰箱、一样多 B．电热毯、台式电脑 C．电热毯、电热毯 D．电热毯、一样多 【答案】D 【详解】根据公式W=Pt（其中W是电能，P是功率，t是时间），三个用电器额定功率P都为100W，且在额定电压下工作相同时间t，所以它们消耗的电能一样多。电冰箱工作时，主要将电能转化为机械能（用于压缩机工作），只有少部分转化为内能；台式电脑工作时，电能主要转化为光能、声能、机械能（风扇等）等，只有少部分转化为内能；电热毯工作时，电能几乎全部转化为内能（热量）。所以产生热量最多的是电热毯。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【例2】AI（人工智能）的发展离不开芯片，芯片体积小，元件密集。芯片主要是由 （选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）材料制成的，当芯片中有电流通过时温度会升高，此现象与保险丝熔断的原因相同，都是电流的 效应。 【答案】 半导体 热 【详解】[1]半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，芯片主要是由半导体材料制成的。 [2]芯片具有一定的电阻，当芯片中有电流通过时会产生热量，温度会升高，此现象与保险丝熔断的原因相同，都是电流的热效应。 【例3】将包装口香糖的锡箔纸剪成如图形状，其他条件相同时，C处的横截面积小，电阻 。A、B两端分别与电池正负极接触，观察到C处起火，该现象利用了电流的 效应。 【答案】 大 热 【详解】[1]导体的电阻与导体的材料、长度和横截面积等因素有关，其他条件相同时，导体的长度越长、横截面积越小导体的电阻越大，由图可知，其他条件相同时，C处的横截面积小，故C处的电阻大。 [2] A、B两端分别与电池正负极接触，观察到C处起火，说明电流通过导体产生了热量，即电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 【例4】钢丝棉的燃点非常低，如图所示，消防员正在演示钢丝棉在电池的正、负极连接后被点燃。此现象的发生是因为有电流通过钢丝棉时，由于电流的 效应，使温度达到钢丝棉的燃点。现场会闻到烧焦的气味，属于 现象。所以在家里不要储存这种易燃品。 【答案】 热 扩散 【详解】[1]电流的热效应是指电流通过导体时会产生热量，如图所示，现象的发生是因为有电流通过钢丝棉时，由于电流的热效应，使温度达到钢丝棉的燃点。 [2]现场会闻到烧焦的气味，是因为组成钢丝棉的分子不停地做无规则的运动，这是一种扩散现象。 5．生活中物理知识的应用，家庭厨房内电饭锅是利用电流的 效应制成的。 【答案】热 【详解】电饭锅就是利用电流的热效应工作的，工作时将消耗的电能转化成内能来加热食物。 从实验上升到概念，通过实例对比引发认知冲突，为后续 “电热的利用与防止” 铺垫。
学习新课 二、探究电流产生的热量与哪些因素有关 1.探究电流产生的热量与哪些因素有关 【提出问题】电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？ 【进行猜想】 （1）电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关 （2）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 它们产生的热量是否与电阻有关？ （3）给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？ 【设计实验】 如图所示，是一个密封有空气和电阻丝并插有温度计的容器，通电时电阻丝产生的热量被空气吸收，空气的温度就会升高。因此，我们可以通过空气温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。 【进行实验】 （1）闭合开关，若仅改变给电阻丝加热的时间，观察温度计示数的变化，能得出什么结论 实验现象：通电时间越长，温度计的示数变化越大。 实验结论： 对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，空气的温度越 高，表明电流产生的热量越 多。 （2）若仅调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流，观察温度计示数的变化，能得出什么结论 实验现象：时间一定时，电流较大时温度计的示数变化大。 实验结论：对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通过的电流越大，空气的温度越 高，表明电流产生的热量越 多。 （3）将两段不同阻值的电阻丝R1和R2（ R1>R2 ）分别密封在装有等质量空气的2个容器中个容器中，两支相同的温度计分别穿过瓶口插入容器中。请你依据电路图，将两个容器与其他器材串联起来。 闭合开关，观察两支温度计示数的变化，能得出什么结论 实验现象： 阻值较大的电阻R1对应的温度计的示数变化大。 实验结论：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，空气的温度越 高，表明电流产生的热量越 多。 【实验结论】 从实验可以发现，电流产生的热量跟电流大小、导体电阻以及通电时间有关。 当电流和电阻一定时，通电时间越长，产生的热量越多。 当电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多。 当电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多。 【例1】小明和小红利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。质量相等的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，A烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，B烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油的温度。 (1)实验中，小明和小红发现 烧瓶中温度计的示数升高快。这表明：在 相同的情况下，导体的 ，产生的热量越多； (2)小明提议利用该装置改成“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他们应将其中一烧瓶中的煤油换成 相等的 ；将A烧瓶中的铜丝换成镍铬合金丝，并且与B烧瓶中的镍铬合金丝的 相等。通过实验观察，发现装有煤油的烧瓶中温度计的示数变化较大，说明水比热容较大； (3)小丽采用了如图的另一套实验装置。（两个透明容器中封闭着等量气体）探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验时，①如图所示的是探究电流产生的热量跟 的关系，通电一段时间后， （填“左侧”或“右侧”）容器内的电阻丝产生的热量多。可以得出：在 一定的条件下， 越大，产生的热量越多。②让该实验装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝都放入容器内，接通电源比较两容器内电阻丝发热多少。此时该装置 （填“可以”或“不能”）探究电流产生的热量跟电阻的关系。一段时间后两侧容器内电阻丝产生的热量 （填“左侧”“右侧”或“一样多”）。 【答案】(1) B 电流和通电时间 电阻越大 (2) 质量 水 电阻 (3) 电流大小 左侧 电阻和通电时间 电流 可以 左侧 【详解】（1）[1][2][3]由图可知，两电阻串联在同一电路中，通过两电阻的电流相同，通电时间相同，A烧瓶中电阻小于B烧瓶中电阻，由可知，通电时间相同时，B烧瓶中电阻产生的热量较多，因此B烧瓶中温度计的示数升高的较快。说明在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多。 （2）[1][2]根据控制变量法可知，“比较水和煤油比热容的大小”的实验中，要控制水和煤油的质量相同，加热相同的时间，比较温度计示数变化情况，因此应将其中一个烧瓶中的煤油换成质量相同的水。 [3]该实验中，要使水和煤油吸收相同的热量，来比较温度计示数的变化情况，因此应使A、B两个烧瓶中的电阻丝产生的热量相同，两电阻丝串联，电流相同，还应控制两电阻丝的阻值相同，因此应将A烧瓶中的铜丝换成镍铬合金丝，并且与B烧瓶中的镍铬合金丝的阻值相同。 （3）[1][2][3][4]由图可知，左右两侧容器内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，而右侧烧瓶中的电阻丝与另一个同为5Ω的电阻丝并联后，再与左侧烧瓶中的电阻丝串联，那么通过两个烧瓶中的电阻丝的电流不同，因此探究的是电流产生的热量跟电流的关系；通过左侧烧瓶电阻丝的电流大于右侧烧瓶中电阻丝的电流。由可知，通电时间相同时，左侧烧瓶中电阻丝产生的热量较多。因此可知，在电阻和通电时间一定的条件下，通过电阻丝的电流越大，产生的热量越多。 [5][6]让实验装置冷却到初始状态，将右边两个电阻丝作为研究对象（等效于一个电阻丝），因并联电路中的总电阻小于任何一个支路的电阻，因此右侧烧瓶中的总电阻小于5Ω，即小于左侧烧瓶中的电阻，而通过左右两烧瓶电阻丝的电流相同、通电时间相同，可以探究电流产生的热量与电阻的关系，由可知，一段时间后通过左侧烧瓶电阻丝的热量较多。 【例2】如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验装置。 (1)将RA、RB两电阻串联在电路中，目的是 ；两电阻产生热量的多少可以通过观察 来比较； (2)连接好电路后闭合开关，通电一段时间后，可以得出结论： ； (3)家用电暖器，发热管热的发红，而串联的电线却不怎么热，主要是因为发热管的 比电线的大； 【答案】(1) 控制电流和通电时间相同 温度计示数的变化 (2)见解析 (3)电阻 【详解】（1）[1]串联电路电流处处相等，将RA、RB两电阻串联在电路中，可以控制电流和通电时间相同。 [2]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，根据转换法，实验中通过观察温度计示数的变化来反映电阻产生热量的多少。 （2）图甲中两不同的电阻串联，电流和通电时间相同，电阻大的温度计示数增大的多，则可以得出结论是在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 （3）电源线的电阻远小于发热管的电阻，发热管和电源线串联，通过的电流相等，由Q=I2Rt可知，电流通过电源线产生的热量很少，电流通过发热管产生的热量比较多。 【例3】在探究“影响电流热效应的因素”实验中：（三个烧瓶中均装有质量相等的煤油） (1)为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小楚设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝并插入一支温度计，该实验通过比较 的变化，来比较相同时间内不同电流产生的热量多少。 (2)小楚先测量烧瓶内煤油的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内煤油的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据（如表所示）。 实验次数电流/A通电时间/s电阻/Ω温度升高量/℃10.330101.520.630106.0
由此得出：电阻和通电时间相等时，电流越 ，其产生的热量越多。 (3)若要探究电流通过电阻产生的热量与电阻的关系，可选择图乙中 （选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与图甲中的烧瓶电阻 （选填“串联”或“并联”）。 【答案】(1)温度计示数 (2)大 (3) B 串联 【详解】（1）电流产生的热量不能用眼睛直接观察，通过温度计示数变化来反映，这是转换法的应用；温度计示数变化越大，说明电流通过电阻产生的热量越多。 （2）由表格数据知，电阻相同，通电时间相同，电流越大，煤油的温度升得越高，说明电流产生的热量越多。 （3）[1][2]电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关；探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小；由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻串联。 【例4】用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”。（实验前U形管内液面是相平的） (1)该实验主要运用的研究方法是 和控制变量法； (2)装置甲探究的是电流通过导体产生的热量与 的关系； (3)由于电流产生的热量不能直接测量，因此该实验通过U形管中液面 的变化反映容器内温度的变化；该实验中的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器； (4)观察装置乙， （选填“C”或“D”）容器中电阻丝产生的热量多。由此可得结论：在电阻和通电时间相同时，电流越 （选填“大”或“小”），导体产生的热量越多。 【答案】(1)转换法 (2)电阻 (3) 高度 不是 (4) C 大 【详解】（1）实验中，导体产生的热量不能直接测量，通过U形管内左右两侧液面高度差变化来反映电阻丝放出热量的多少，使用了转换法。 （2）图甲中，两个导体串联接在一起，通过它们的电流相同，同时通电，同时断电，通电时间是相同的，电阻阻值不同，一个是5Ω，另一个是10Ω，由控制变量法可知，探究的是导体产生的热量与电阻的关系。 （3）[1]实验中，导体产生的热量不能直接测量，通过U形管内左右两侧液面高度差变化来反映电阻丝放出热量的多少，使用了转换法。 [2]图中的U形管一端封闭，另一端开口，不属于连通器。 （4）[1][2]图乙中右侧两电阻并联后与左侧电阻串联接入电路，烧瓶内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，串联电路各处电流相等，并联电路干路电流等于各支路电流之和，根据串联电路电流特点和并联电路电流规律可知，通过C容器中电阻丝的电流大于通过D容器中电阻丝的电流，由图知C液柱的液面较高，可知C容器中的电阻产生的热量多。由此可知在电阻相同、通电时间相同的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。 通过分层任务驱动实验探究，用改进型装置（加热空气、电子测温）提升现象直观性，将演示实验改为分组实验，培养合作与探究能力。
学习新课 三、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 = I2Rt 公式中各物理量及其单位： 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） Q表示热量，单位是焦耳（J） 3.焦耳 （1）詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。 （2）主要贡献： ①焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，最终发展出热力学第一定律。 ②焦耳历经 400 多次实验，于 1840 年提出焦耳定律。 4. 推导焦耳定律 若电流做的功全部用来产生热量， 即 Q = W 因为电功 W = UIt 根据欧姆定律 U = IR 所以 Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。 5. 电功与电热 （1）电功与电热的区别 电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，也表示有多少电能转化为其他形式的能。 电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。 两者表示的意义不同，是两个不同的概念。 （2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即电热等于电功 Q热量=W 。 例如，电取暖器、电饭煲、热水器等这些用电器工作时电能全部转化为内能，产生的热量均可用下列公式计算： Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R =I2Rt 6. 电热的利用 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，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。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。 7. 减小电热的危害 电流的热量有时是有害的，应减小。 （1）电热对家用电器的影响 例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。 （2）电热对家庭电路的影响 当家中同时使用空调、电热水器等大功率用电器时，电路中的总电流会增大，有可能超过安全值，过多的电热会使导线的绝缘层损坏，引起线路故障，甚至引发火灾。 对此，人们往往把输电线路采用电阻率较低的铜线（而非铁线），并且增加了横截面积，从而减小了导线的电阻，根据焦耳定律Q=I Rt可知，也就减小了电流在导线上产生的热量。 【例1】有些家用电器在使用过程中，温度过高会损坏电器。下列家用电器中要防止电热产生危害的是( ) A．电饭煲 B．电热水器 C．电熨斗 D．电风扇 【答案】D 【详解】电饭煲：通过电热元件加热食物，电热是其核心功能，无需防止电热危害。 电热水器：通过电热管加热水，电热是必要功能，无需防止电热危害。 电熨斗：通过电热元件产生高温熨烫衣物，电热是核心功能，无需防止电热危害。 电风扇：主要功能是通过电动机驱动扇叶转动，将电能转化为机械能，其电动机和电路部分若温度过高会损坏电器或引发安全隐患，因此需要防止电热危害。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【例2】（1）内容：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； （2）表达式（适用于所有电路）： ； （3）推导式（只适用于纯电阻电路）：Q＝UIt、； （4）电功和电热的关系 ①纯电阻电路：W Q； ②非纯电阻电路：W Q。 【答案】 电流的平方 电阻 通电时间 ＝ > 【详解】（1）[1][2][3]根据焦耳定律，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。 （2）[4]焦耳定律的普遍适用表达式为 （4）[5]在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，所以电热Q等于电功W，W=Q。 [6]非纯电阻电路中，电能除了转化为内能，还转化为其他形式的能（如机械能、化学能等），所以电功。 【例3】家庭电路中，电灯与插座都是 联的，若增加功率较大的电器，要安装供电的插座，在粗细相同的备用导线中，应选用 （选填“铁”或“铜”）芯导线，因为在通过相同电流时，相同时间内导线 （选填“电压”或“电阻”）小发热较少。 【答案】 并 铜 电阻 【详解】[1]家庭电路中各用电器互不影响，是并联的，所以电灯与插座都是并联的。 [2]若新增加功率较大的电器，要安装供电的插座，在粗细相同的备用导线中，铜的电阻最小，所以应选用铜芯导线。 [3]根据焦耳定律在其它条件相同，在通过相同电流时，相同时间电阻小的导线发热较少。 【例4】早春育苗保温常用电热温床，铺设时，先将床土挖去约20cm厚，床底铺一层麦秸或锯末，再铺一层塑料膜。将电热线按10cm间距，均匀地铺在塑料膜上，再把20cm厚的床土放回即可。电热温床的温控仪相当于一个阻值随温度变化的可变电阻，使用时应该把温控仪与电热线 联。保证电热线不能打结、交叉或重叠，否则可能使电路发生 而产生危险。电热温床是利用电流的 效应持续获得适宜幼苗生长的温度。 【答案】 串 过热 热 【详解】[1]电热温床的温控仪相当于一个阻值随温度变化的可变电阻，使用时应该把温控仪与电热线串联。 [2]保证电热线不能打结、交叉或重叠，否则可能使电路发生过热而产生危险。 [3]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。电热温床是利用电流的热效应持续获得适宜幼苗生长的温度。 【例5】电流通过导体时，电能转化为 能的现象，叫做电流的热效应。电热可供利用，但有时也有危害。 第一，生活生产中利用电热的实例有：制成各种电热器，例如 、干衣机、电孵化箱、引发炸药的电热装置、高空飞行服里的电热装置等；保险丝的工作原理也用到了电热，当电路发生短路或者 ，导致电路中电流 时，保险丝由于温度升高而熔断，切断电路，起到保护作用。 第二，生活生产中防止电热的危害而采取措施的实例有：电脑中的CPU在工作时要产生热，如果过热就会损坏芯片，所以在芯片上加装散热片和风扇；再如 。 【答案】 内 电饭锅 电功率过大 过大 电视机的散热窗 【详解】[1]电流通过导体时会做功，电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。 [2]在生活中利用电流的热效应工作的电器很多，例如：电饭锅、电吹风等。 [3][4]根据P=UI可知，当电路电功率过大时，会导致电路中电流过大，从而保险丝由于温度升高而熔断，切断电路，起到保护作用。 [5]电热有时会带来危害，生活生产中防止电热的危害而采取措施的实例有：电视机的散热窗、电动机外壳有许多散热片等。 【例6】某型号的电饭锅的铭牌上标有“220V，880W”字样，其简化原理图如图所示。它有高温烧煮和焖饭保温两挡，通过单刀双掷开关S进行调节，为电热丝。当电饭锅处于高温烧煮挡时，电路的功率为880W；当电饭锅处于焖饭保温挡时，电路的功率为110W。 (1)求电饭锅在高温烧煮挡时电路中的电流； (2)求电热丝的阻值； (3)求焖饭保温，电热丝产生的热量。 【答案】(1)4A (2) (3)8250J 【详解】（1）根据电功率计算公式可得，电饭锅在高温烧煮挡时电路中的电流 （2）由图可知，当开关S接1时，R与串联，电路的总电阻较大，电路消耗的功率较小，电饭锅处于焖饭保温挡；当开关S接2时，R短路，电路为的简单电路，电路的总电阻较小，电路消耗的功率较大，电饭锅处于高温烧煮挡。根据电功率计算公式可得，电饭锅的工作挡位，电热丝的阻值 （3）根据电功率计算公式可得，焖饭保温时电路中的电流 焖饭保温，电热丝产生的热量 【例7】如图所示，电阻的阻值为，闭合开关S，电流表A的示数为，电压表V的示数为2V。求： (1)电阻的阻值； (2)电源电压； (3)整个电路在内产生的热量。 【答案】(1) (2)6V (3)1440J 【详解】（1）闭合开关，两电阻串联，电流表测量电路电流，电压表测量R1两端的电压。根据欧姆定律可知 （2）根据欧姆定律可知电源电压 （3）整个电路在内产生的热量 【例8】小亮家新买了一辆汽车，车上座椅垫具有电加热功能，如图甲所示。该座椅垫有“高温”“低温”和“关”三个挡位，“高温”挡功率为36W，“低温”挡功率为20W。该座椅垫加热部分的电路简图如图乙所示，其中电源电压为24V，S为挡位切换开关，和为电热丝。 (1)试分析当挡位切换开关S接触点b时，该座椅垫处于“高温”挡加热状态。 (2)电热丝的阻值是多少？ (3)当该座椅垫处于“高温”挡加热状态时，加热100s，产生的热量是多少？ 【答案】(1)见解析 (2)12.8Ω (3)3600J 【详解】（1）由图乙可知，开关S拨到接触点a时，R1与R2串联，开关S拨到接触点b时，R2被断路，电路中只有R1工作，由可知，电阻越小，功率越大。由于，当挡位切换开关S接触点b时，功率大，该座椅垫处于“高温”挡加热状态。 （2）由电路图知，开关S接高温挡位时，电路为R1的简单电路，根据可得，电热丝R1的阻值为 由电路图可知，电路的座椅垫处于“低温”挡加热时，R1与R2串联，电路的总电阻为 则电热丝R2的阻值为 （3）由电路图知，该电路为纯电阻电路，该座椅垫处于“高温”挡加热状态时，加热100s，产生的热量 结合科学家事迹渗透情感教育，通过案例与例题突破 “公式应用” 难点，强化 “先分析电路类型再计算” 的逻辑。 从 “利用” 到 “防止”，体现辩证思维，结合前沿科技激发学习兴趣，落实 “从物理走向社会” 的理念。
课 堂 练 习 一、单选题 1．如图为“探究焦耳定律”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。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且。下列说法正确的是（ ） A．闭合开关后，通过R1的电流小于R2的电流 B．闭合开关后，甲管中液面上升比乙快 C．该实验装置用于探究电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系 D．该实验用到了转换法和控制变量法 【答案】BD 【详解】A．因为R1、R2串联在电路中，根据串联电路电流处处相等的特点可知，闭合开关后，通过R1的电流等于R2的电流，故A错误； B．已知R1＞R2，通过的电流和通电时间相同，根据焦耳定律可知，R1产生的热量多。因为U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，R1所在容器中空气吸收的热量多，温度升高得快，所以甲管中液面上升比乙快，故B正确； C．该实验中两电阻丝串联，电流和通电时间相等，电阻不同，是用于探究电流和通电时间一定时，电热与电阻的关系，而不是电压和通电时间一定时，故C错误； D．通过U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，从而反映电阻丝产生热量的多少，运用了转换法；控制电流和通电时间相同，研究电热与电阻的关系，运用了控制变量法，故D正确。 故选BD。 2．下列关于导体、绝缘体、超导体和半导体在生活中的应用说法正确的是（　　） A．电线的芯线通常用铜或铝制作，是因为它们是绝缘体，可以防止触电 B．集成电路的硅片是超导体，能够加快电子元件的运行速度 C．用于制作插头外壳的橡胶、塑料等材料是绝缘体 D．利用超导体材料可以制作电热水壶的发热体，发热效率高 【答案】C 【详解】A．电线的芯线通常用铜或铝制作，是因为它们都容易导电，是导体，故A错误； B．半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，集成电路的硅片是用半导体材料制成的，故B错误； C．用于制作插头外壳的橡胶、塑料等材料都不容易导电，是绝缘体，可以防止触电，故C正确； D．由于超导体电阻是，所以电流流经超导体时不发热，故D错误。 故选C。 3．下列家用电器工作时主要利用电流热效应的是（ ） A．笔记本电脑 B．电风扇 C．洗衣机 D．电水壶 【答案】D 【详解】A．笔记本电脑在工作时，主要是将电能转化为光能和声能，不是利用电流热效应，故A不符合题意； BC．电风扇、洗衣机在工作时，主要是将电能转化为机械能，不是利用电流热效应，故BC不符合题意； D．电水壶在工作时，主要是将电能转化为内能，它是利用电流热效应，故D符合题意。 故选D。 4．在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，某同学采用了如图甲、乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（　　） 　　 ①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的； ②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系； ③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10Ω； ④两套装置均可以探究电流产生的热量与通电时间的关系。 A．①② B．②③ C．②④ D．③④ 【答案】C 【详解】①U形管内液面高度变化是由容器内气体受热膨胀引起的，故①错误； ②由图甲可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流相同，探究的是电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关，故②正确； ③图乙实验是探究电流产生的热量与电流的关系，要求通过它们的电流不同，通电时间相同和电阻丝阻值要相同，右边容器中的电阻丝阻值要等于左边容器中的电阻丝阻值5Ω，故③错误； ④观察图甲和图乙其中的一个容器中的U形管在不同时间内液面高度差的变化，可探究电流产生的热量与通电时间的关系，故④正确。 综上所述，说法正确的是②④。 故选C。 5．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关，滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中，电流表示数Ⅰ与电压表示数U的关系如图乙所示。下列说法中（　　） ①电源电压为6V； ②定值电阻R的阻值为； ③滑动变阻器的最大阻值为10Ω； ④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为27J。 A．只有②③正确 B．只有①③正确 C．只有②③④正确 D．只有①②④正确 【答案】C 【详解】①②由图甲可知，定值电阻R与滑动变阻器RP串联，电流表测电路中的电流，电压表测定值电阻R两端的电压。当滑片P在a端时，RP连入电路的电阻为0，电路中只有R工作，则电压表示数最大且等于电源电压，由图乙可知，电源电压U=Ua=4.5V 此时电路中的电流Ia=0.9A，根据欧姆定律可得，定值电阻R的阻值 故①错误，②正确； ③④当滑片P在b端时，由图乙可知，R两端的电压Ub=1.5V，此时电路中的电流Ib=0.3A，根据串联电路的电压规律，RP两端电压UP=U-Ub=4.5V-1.5V=3V 根据欧姆定律可得，滑动变阻器的最大阻值 通电1min电阻R产生的热量Q=Ib2Rt=(0.3A)2×5Ω×60s=27J 故③④正确。综上，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 二、填空题 6．如图所示是台式电脑的中央处理器芯片，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。台式电脑工作时，它与家中的电视机是 联的。 【答案】 热 热传递 并 【详解】[1]当电流通过导体时，导体发热的现象称为电流的热效应，芯片中有电流通过时产生热量，属于电流的热效应。 [2]散热部件与芯片紧密结合，热量从芯片传递到散热部件，这是通过热传递的方式改变芯片内能。 [3]台式电脑和电视机在工作时，互不影响，所以它们是并联的。 7．将小灯泡L1（6V 6W） 和小灯泡L2（6V 3W） 串联到一个电源电压为9V 的电路中， 闭合开关， 小灯泡 （选填“L1”或“L2”）更亮， 该电路正常工作 1min，若忽略小灯泡灯丝电阻受温度的影响，则小灯泡L1产生热量为 J。 【答案】 L2 90 【详解】[1]根据两灯泡的规格，求得两灯泡的电阻分别为， 由于灯L1的电阻比灯L2的电阻小， 串联电路中电流处处相等，根据可知， 电阻越大的灯泡实际功率越大，灯泡的亮度越亮，因此L2更亮。 [2]两灯泡串联时电路中的总电流 灯泡L1产生的热量 8．小明家的电冰箱铭牌上标有“耗电量：0.55 kW·h/24h 额定功率：110W”，则该冰箱理论上一天实际工作时间为 h。在家庭电路中只接入冰箱，冰箱以额定功率工作6 min，电能表指示灯闪烁了33次，则每消耗1度电，电能表指示灯闪烁 次。若插头与插座接触不良，有时会将插孔烧焦（如图所示），其原因是接触处 （选填“电阻变大”或“短路”）。 【答案】 5 3000 电阻变大 【详解】[1]冰箱一天实际工作时间为 [2]冰箱以额定功率工作6 min所消耗的电能为 所以每消耗1度电，电能表指示灯闪烁的次数为 [3]接触不良会导致断路，而不是短路。当接触不良时，电阻会变大，由Q=I2Rt可知，插头与插座接触处会产生大量的热，导致插孔被烧焦。 三、实验题 9． (1)甲图比较沙子和水吸热升温的现象中，选用两个相同的酒精灯进行加热，通过比较加热时间间接反映沙子和水吸收热量的多少，利用实验得到的数据，绘制出沙子和水的温度随时间变化的图像如图乙，由图像可知：相等质量的沙子和水升高相同的温度时， 吸收的热量多，因此 的吸热本领强； (2)丙图在探究电流通过导体产生的热量与导体电阻大小的关系时，实验选用两个完全相同的烧瓶，瓶内装相等质量的同种液体，采用串联电路可以控制加热时间和 相同，此实验用 间接反映电流产生热量的多少； (3)在探究电流和电阻关系的实验中，甲、乙两位同学分别进行了实验，并画出各自的I-R关系图像如图丁所示。由图像可知， （选填“甲”或“乙”）同学的实验操作是符合要求的，该同学控制导体两端的电压为 V不变。 【答案】(1) 水 水 (2) 电流 温度计示数升高的多少 (3) 乙 3 【详解】（1）[1][2]根据转换法，本实验是通过比较加热时间的长短来间接反映沙子和水吸收热量的多少。由图乙可知，相等质量的沙子和水温度都从15℃升高到35℃，即升高相同的温度时，沙子加热3min，水加热6min，水的加热时间长，说明水吸收热量多，水的吸热本领强。 （2）[1][2]由图丙可知，两电阻串联，根据串联电路电流规律可知，通过两个导体的电流相同。本实验中，电流通过导体产生热量越多，液体吸收热量越多，同种液体，质量相同，根据可知，吸收热量越多，升高温度越高，因此本实验通过温度计示数的变化来间接反映电流产生热量的多少。 （3）[1[2]]根据控制变量法可知，在探究电流和电阻关系时，应控制电压不变。 由图像丁可知，甲同学的实验中，电阻两端的电压分别为 乙同学的实验中，电阻两端的电压分别为 乙同学在实验中控制了电阻两端的电压相同，都为3V，因此乙同学的实验操作符合要求。 10．如图是小明设计的“探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。 (1)实验中，通过观察 来比较电流通过导体产生热量的多少。 (2)若观察甲、乙两实验装置，可以得出结论：在电流和通电时间相同时，电阻越 ，产生的热量越多。 (3)若观察乙、丙两实验装置，这是在探究电流通过导体产生热量的多少与 的关系。 (4)观察甲、丙两实验装置，可知 （选填“电流”或“电阻”）对电热的影响更大。 【答案】(1)U形管内液面的高度差 (2)大 (3)电流 (4)电流 【详解】（1）如图所示实验装置，容器内密封等质量的空气，电热丝产生热量越多，U形管内的液面高度差越大，故通过观察U形管液面高度差来比较电流通过电阻产生电热的多少。 （2）甲、乙两实验装置，两电阻丝串联在电路中，通电时间和电流相同，而，乙中U形管液面的高度差大，则根据转换法，故结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 （3）若观察乙、丙两实验装置可知，和并联后再与R2串联，根据串联和并联电路电流的规律，通过电阻的电流大于通过电阻R3的电流，而通电时间相同，，根据控制变量法，这是在探究电流通过导体产生热量多少与电流的关系。 （4）观察甲、丙两实验装置可知，甲图容器内的电阻阻值是丙图容器中电阻阻值的一半；根据并联电路各支路电压相等及欧姆定律可知，通过和的电流相等，根据串联和并联电路电流的规律，通过的电流是通过电流的2倍，而甲中U形管液面的高度差要大于丙中U形管的液面的高度差，则电阻丝产生的热量更多，这表明电流对电热的影响更大。 11．在“探究电流的热效应”实验中，使用装置如图所示。 (1)烧瓶内应该装初温和 （选填“质量”或“体积”）相等的煤油； (2)实验通过比较 （选填“加热的时间”或“升高的温度”）来反映煤油吸收热量的多少，该研究方法叫 ； (3)若加热一段时间后，瓶内的煤油温度较高，说明 （选填“大于”“等于”或“小于”），该装置是探究电流产生的热量与 （选填“电流”或“电阻”）的关系。 【答案】(1)质量 (2) 升高的温度 转换法 (3) 大于 电阻 【详解】（1）根据控制变量法，探究电流热效应时，要控制煤油的初温和质量相等，这样才能通过温度变化比较吸收热量的多少。 （2）[1][2]电流产生的热量被煤油吸收，煤油吸收热量越多，温度升高越多，所以通过比较煤油升高的温度来反映吸收热量的多少，这种将不易直接测量的热量转化为易测量的温度变化的方法叫转换法。 （3）[1]两电阻串联，通过它们的电流和通电时间都相同。根据焦耳定律，在I、t相同时，产生的热量Q与电阻R成正比。R1瓶内煤油温度较高，说明R1产生的热量更多，所以R1大于R2。 [2]该装置中，电流I和通电时间t相同，只有电阻不同，所以是探究电流产生的热量与电阻的关系。 12．小海同学在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时，采用如图所示的实验装置，请观察甲、乙两图并回答下列问题： (1)实验中，通过观察U形管中液面 的变化，来比较电流通过电阻丝产生热量的多少，此研究方法是 法； (2)甲装置是用来研究通电时间相同时，电阻丝产生的热量与 的关系； (3)乙图装置是探究电流产生的热量跟 的关系，一段时间后 （选填“左瓶”或“右瓶”）电阻丝产生的热量多； (4)用乙装置进行实验时，电阻的作用是使通过、的电流 （选填“相同”或“不相同”）； (5)若乙图中盒外连接的电阻阻值由更换为， （选填“仍能”或“不能”）达到更换前的实验效果； (6)当家庭电路中的导线连接处接触不良时，该处电阻会增大，容易引发火灾。则图 （选填“甲”或“乙”）的实验结论可以用来解释这种现象； (7)此实验的依据是电流的 效应。下面所列四种用电器中，利用这一原理工作的用电器是 。（选字母填） A．电饭锅　　B．电风扇　　C．电视机　　D．计算机 【答案】(1) 高度差 转换 (2)电阻 (3) 电流 左瓶 (4)不相同 (5)仍能 (6)甲 (7) 热 A 【详解】（1）[1][2]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但电流通过电阻丝产生热量的多少可以通过U形管中液面高度的变化来反映，这种研究方法叫转换法。 （2）甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，所以探究的是电阻丝产生的热量与电阻的关系。 （3）[1][2]图乙中、并联后再与串联，由串并联电路的电流特点知 两容器中电阻和通电时间相等，容器中电阻通过的电流不相等，可探究电流产生热量与电流大小的关系；左边容器中电阻通过的电流大于右边容器中电阻通过的电流，同时，观察到图乙中左边U形管中液面高，说明通电一段时间后左瓶电阻丝产生的热量多。 （4）图乙中、并联后再与串联，由串并联电路的电流特点知 两容器中电阻和通电时间相等，所以电阻的作用是使通过、的电流不相同。 （5）若乙图中盒外连接的电阻阻值由5Ω更换为3Ω，电路的连接方式不变，因通过两容器内电阻的电流不相等（两容器中电阻和通电时间相等），故仍能达到更换前的实验目的。 （6）当家庭电路中的导线连接处接触不良时，接触电阻较大，根据Q=I2Rt可知，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，容易引发火灾，故图甲中的实验结论可以用来解释这种现象。 （7）[1][2]此实验过程中电流通过导体产生热量，将电能转化为内能，依据是电流的热效应。 A．电饭锅工作时，主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故A符合题意； B．电风扇工作时把电能主要转化为机械能，故B不符合题意； C．电视机工作时主要把电能转化为光能与声能，故C不符合题意； D．计算机工作时电能转化为光能等其他形式的能，故D不符合题意。 故选A。 四、计算题 13．如图甲是某电烤箱的电路图，、两根电阻丝阻值均不变，如表为其铭牌，其中高温挡额定功率模糊不清。 牌电烤箱额定电压220V额定功率高温挡中温挡2420W低温挡484W
(1)当只闭合时，电烤箱处于 挡，并求的阻值 ； (2)该电烤箱处于低温挡正常工作50s，消耗多少电能？ (3)在用电高峰时段，小明利用家中电能表（如图乙）测出了家庭电路的实际电压。他断开其他用电器开关，仅让电烤箱在高温挡下工作，电能表的指示灯闪烁90次用时36s，求此时家庭电路的实际电压是多少？ 【答案】(1) 中温 (2) (3) 【详解】（1）[1][2]由图可知，只闭合开关时，只有工作，电阻较小，由可知电烤箱处于中温挡；由可得， （2）当闭合开关，开关接时，与串联，总电阻最大，总功率最小，电烤箱处于低温挡，电路的电流 电路的总电阻 则的阻值 电烤箱低温挡正常工作，消耗的电能 （3）指示灯闪烁90次消耗的电能为 高温挡时的实际功率为 与并联，则并联电路的总电阻 该电路的实际电压 14．某导体电阻为20Ω，通过它的电流为2A，通电时间为60s。求： (1)在这段时间内导体产生的热量； (2)导体消耗的电功率。 【答案】(1)4800J (2)80W 【详解】（1）根据焦耳定律，导体产生的热量 （2）纯电阻电路中导体消耗的电功率 15．如图甲所示是办公时候用的电热桌垫，小丽想知道它的工作原理，查看说明书后发现：该电热桌垫的材质为亲肤硅胶，质量为165 g，工作电路如图乙所示，12V电源供电，发热部分由R 、R 两根电热丝组成，R1、R2的阻值分别为6Ω、4Ω，设计高、低温两挡，旋钮开关S可置于“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱。 （不考虑温度的变化对电阻的影响）。求： (1)低温挡加热时的电路电流大小； (2)高温挡加热时，整个电路在1 min内产生的热量； (3)高温挡加热时，若不计热量损失，求桌垫的温度升高20℃所用的时间。 [硅胶的比热容为 ] 【答案】(1)2 A (2)3.6×103J (3)110s 【详解】（1）旋钮开关S置于“1和2”时两电阻均没有接入，为关闭状态；旋钮开关S置于“2和3”时只有R1接入电路；旋钮开关S置于“3和4”时两电阻并联，故旋钮开关S置于“2和3”时电阻较大，由可知此时功率较小，为低温挡，由欧姆定律 可得电路电流为 （2）旋钮开关S置于“3和4”时两电阻并联，为高温挡，由欧姆电路可得，通过电阻R2的电流为 由并联电路电流规律可得总电流 由可得，整个电路在1 min内产生的热量 （3）高温挡时，若不计热量损失，升温所需热量 不计热量损失有 由可得所用时间
板 书 设 计 第三节 焦耳定律 1. 电流的热效应 定义：电能 → 内能的现象 实例：电熨斗（利用）、电视机（防止） 2. 探究电流的产生的热量与哪些因素有关 控制变量法、转换法（温度变化→热量） 电流，电阻，通电时间 3. 焦耳定律 Q = I2Rt 4. 电流热效应的应用与危害防止 利用：电热器（发热体：高阻、高熔点） 防止：散热窗、散热风扇
课 堂 小 结 第三节 焦耳定律
作业布置 1. 完成课后作业：“实践与练习” 2. 配套同步分层作业
教学反思

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