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第6章　电功率
焦耳定律
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教科版九年级上册
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能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。
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通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。
1
能通过生活实例，认识电流的热效应。
学习目标
小明的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴，可是用手一摸电视机的后盖就知道，小明刚看过电视。
你知道他爸爸是根据什么判断的吗？
一、电流的热效应
以下用电器工作时有什么共同特点？能量转化是怎样的？
电热毯
电热水壶
电饭煲
电烤箱
都要消耗电能，都会发热
电能转化为内能。
1.电流的热效应
(1)电流通过导体时____能转化成____能，这种现象叫作电流的热效应。
(2)请举出生活中的电流热效应的现象或利用电流热效应工作的用电器。
电
内
电视机工作时会发热
手机发热
电烙铁
电炉子
电流热效应现象
利用电流热效应工作的用电器
现在你知道小明爸爸是根据什么判断小明刚看过电视的吗？
由于电流的热效应，电视机工作一段时间后会产生热量，所以温度较高，由此判断小明刚看过电视。
透明的塑料容器内部密闭着等量的空气；容器内部的空气与U形管一端相连通。容器中各有一段电阻丝，两个容器里的电阻丝串联在一起接入电路。
2.探究电流产生的热量与什么因素有关
实验装置
控制变量法：①在探究电流产生的热量多少跟电阻的关系时，每次实验应该控制电流、通电时间不变；②在探究电流产生的热量多少跟电流的关系时，每次实验应该控制电阻、通电时间不变。
U形管液面的高度差越大，电流产生热量越多。
实验方法
法、 法。
控制变量
转换
液面的高度差
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。
如图所示，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。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中电阻丝的电阻比较大。
设计实验
两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。
(1)探究电热与电阻的关系
在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量____；
多
实验结论
实验现象
与10Ω的电阻丝相连接的U形管液面高度差较大。
(2)探究电热与电流的关系

如图所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将另一段电阻丝与容器内的电阻丝并联，因此通过两个容器中电阻丝的电流不同。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。
设计实验
在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导体比电流较小的导体产生的热量______。
多
实验结论
实验现象
与左侧的电阻丝相连接的U形管液面高度差较大。
思考：在电阻和电流都相同的情况下，电阻丝产生的热量与通电时间有什么关系呢？用什么实例能证明你的推论？
答案　用电热水壶烧水时，水沸腾前，通电时间越长，水的温度越高，所以在电流和电阻相等的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多。
(1)在电流相同、通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，这个导体产生的热量越多。
(2)在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，这个导体产生的热量越多。
(3)在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个导体产生的热量越多。
结论归纳
用如图所示的装置如何探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？
该装置中，两个相同的烧瓶盛有质量相同、温度相同的同种液体；烧瓶内插有温度计，可以测量液体的温度。
烧瓶内部有两个阻值不同的电阻丝，组成串联电路接入电路中。
通过比较烧瓶内液体的温度可以探究电流通过导体产生的热量与导体的电阻的关系。
交流拓展
学以致用
如图所示，在研究电热与哪些因素有关的实验中，同学们猜想电热可能与电流大小、电阻大小以及通电时间长短有关。
(1)左侧密闭容器内电阻丝阻值为5 Ω，右侧密闭容器外部，将一个阻值为5 Ω的电阻与这个容器内的电阻丝并联，目的是使通过左右两密闭容器内电阻丝的　　　不同，右侧容器内电阻丝的阻值应为　　 Ω，才能符合实验研究的要求；?
电流
5
(2)本实验是研究电流的　　效应；实验中通过U形管中液面的高度差反映密闭空气温度的变化，左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明：_________________________________________
_________。?
热
当电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的
热量越多
二、焦耳定律
(1)焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟___________成正比，跟_____
_______成正比，跟__________成正比。
(2)焦耳定律的表达式：__________。(Q表示热量，I表示电流，R表示电阻，t表示通电时间)
(3)在纯电阻电路中，电流通过导体时，电能全部转化为内能，请你运用欧姆定律来推导焦耳定律的表达式。
电流的平方
导体
的电阻
通电时间
Q＝I2Rt
答案　由欧姆定律I＝????????及Q＝W得：Q＝W＝UIt＝IR·It＝I2Rt。
?
思考：请你用焦耳定律解释一下：电炉丝通电时，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？
答案　因为电炉丝与导线串联，电流与通电时间相等，但是电炉丝的电阻远大于导线的电阻，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。
学以致用
1.通过某电阻丝的电流为2 A，测得它的电阻是2 Ω，该电阻丝1 min产生多少热量？
解：t＝1 min＝60 s
Q＝I2Rt＝(2 A)2×2 Ω×60 s＝480 J
2.一台额定功率是450 W的电饭锅，在额定电压下使用，1 min产生多少热量？
解：t＝1 min＝60 s
Q＝W＝Pt＝450 W×60 s＝27 000 J
3.一个电烙铁的额定电压是220 V，在额定电压下工作时的电阻是1 210 Ω，它的额定功率有多大？在额定电压下通电10 min产生多少热量？
解：电烙铁的额定功率为P＝????2????＝(220?V)21?210?Ω＝40 W
由于电烙铁工作时电能全部转化为内能，所以产生的热量为Q＝W＝Pt＝40 W×10×60 s＝24 000 J
?
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？
答案　第一种说法，在通电时间和电压相同的情况下，根据Q＝????2????t可知，电阻越小，产生的热量越多；第二种说法，在通电时间和电流相同的情况下，根据Q＝I2Rt可知，电阻越大，产生的热量越多。两种说法在各自前提下都是正确的，所以二者不矛盾。
?
三、电热的利用与危害
1. 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。
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。
2. 电热的防止
电流的热量有时是有害的，应该及时解决。
(1)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。
散热窗
微型
风扇
(2)电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。
(3)投影仪的散热方法：
除在侧壁开孔外，内部还装有电风扇，工作时电风扇转动把热量吹到机器外面，可以降低灯泡、机器内部元件的温度。
电视机的后盖
散热窗
散热风扇
3.下面的生活实例中，属于电热的利用的是___________，属于防止电热的危害的是________(两空均填序号)。
①电热水器　②电脑机箱内的风扇　③电熨斗
④电热毯　⑤电视机背面的小孔　⑥电脑CPU上覆盖一块铝制散热器　⑦鸡苗孵化器　⑧电暖气
4.你还知道生活中有哪些是利用电流热效应的例子？哪些是防止电热带来的危害的例子？
①③④⑦⑧
②⑤⑥
答案　略
1.(2024·佛山禅城区期末)如图所示为“探究电流通过导体产生的热量跟　　　的关系”的实验装置。实验过程中用U形管内的　　　　　　反映电流通过导体产生热量的多少。通电一段时间后，　　(选填“左侧”或“右侧”)容器的液面上升较高。?
电阻
液面高度差
右侧
2.使用电暖炉取暖，是利用电流的　　　　工作的。如图所示三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，容器中密封着等质量的空气，要探究电热与电流的关系，应选用装置　　　　组合，并将它们　　联接入电路中进行实验。?
热效应
乙、丙
串
3.某校师生自制了一台电烤箱。电烤箱的电阻丝通过5 A的电流时，1 min可产生6.6×104 J的热量。求这台电烤箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。
解：电烤箱工作时，电能全部转化为内能，所以：
W＝Q＝6.6×104 J，P＝????????＝6.6×104J1×60?s＝1 100 W
根据焦耳定律Q＝I2Rt得，电阻丝工作时的电阻为：
R＝????????2????＝6.6×104J(5?A)2×60?s＝44 Ω。
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4.(2025·四平伊通县模拟)如图所示的电路，电源电压保持7.2 V不变。只闭合开关S1，电流表的示数为0.2 A。同时闭合开关S1、S2，电流表的示数为0.5 A。求：
(1)R2的阻值；
解：由题图可知，只闭合开关S1，电路为R1的简单电路，电流表测通过R1的电流；同时闭合开关S1、S2，电阻R1与R2并联，电流表测干路电流。
根据并联电路的电流规律可得，通过R2的电流：
I2＝I－I1＝0.5 A－0.2 A＝0.3 A，
据并联电路的电压规律可知，R2两端的电压：U2＝U＝7.2 V，
根据欧姆定律可得，R2的阻值：R2＝????2????2＝7.2?V0.3?A＝24 Ω；
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(2)同时闭合开关S1、S2通电100 s，整个电路产生的热量。
解：同时闭合开关S1、S2通电100 s，整个电路产生的热量：
Q＝I2Rt＝UIt＝7.2 V×0.5 A×100 s＝360 J。
课堂小结
焦耳定律
计算公式（纯电阻电路）
Q=W=UIt=I2Rt=????2????t
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电流的热效应
实质
电能转化为内能
利用与危害
探究影响因素
实验方法：控制变量法和转换法
影响因素：电流、电阻、通电时间
焦耳定律
内容及公式

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