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/ 让教学更有效 高效备课 | 物理学科
【学习目标】
1.认识电能可以转化为热能，了解电热的应用。
2.知道电流通过导体时产生的热量和电流、电阻及通电时间的定性关系。
3.理解焦耳定律的内容、公式、单位及其简单应用。重点：1.电流热效应的概念，焦耳定律的内容、公式及单位。
2.“探究电热与电阻、电流、通电时间关系” 的实验设计与分析。
难点：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。
【自主学习】
1、电流的热效应：电流通过导体时_________________的现象叫做电流的热效应。
2、探究电流产生的热量与哪些因素有关
从实验可以发现，电流产生的热量跟 、 以及 有关。
当电流和电阻一定时， ，产生的热量 。
当电阻和通电时间一定时， ，产生的热量 。
当电流和通电时间一定时， ，产生的热量 。
3、焦耳定律
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。
公式：
4.常见的电水壶、电饭锅、电熨斗、电热水器等家用电器都是利用______________电流的热效应来加热的。它们的发热体都由电阻___________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。
5.电流的热效应也可能产生危害。例如，计算机、电视机工作时电流的热效应若导致温度_______，则会影响其正常工作和使用寿命。因此，计算机、电视机的后盖都留有一些_______，计算机还装有_______。
【合作探究】
1.电流的热效应
（1）定义：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。
思考1：你知道生活中还有哪些用电器是利用电流的热效应工作的吗？
思考2：左图是一种常见的电暖器，通电后会发热发光，电暖器和导线通过的电流相同，为什么电热管发热， 导线却几乎不发热呢？
思考3：电流产生的热量可能还与哪些因素有关？白炽灯通电后，在刚开始不是很热，可过了一会就很热，为什么？
思考4：电饭锅通电后为什么必须按下加热（煮饭）按钮开关才能煮熟饭？
下面，我们通过实验进行探究，电流产生的热量是否与这些因素有关，以及它们之间有怎样关系？
探究：电流产生的热量与哪些因素有关
1.提出问题
电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？
2.猜想与假设
可能与电阻的大小、通电时间长短，电流强弱有关。
3. 实验方法：
（1）控制变量法；（2）转换法:通过空气温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。
4.实验步骤
（1）按照电路图，将电源、滑动变阻器、开关和密封有煤油和电阻丝并插有温度计的容器等实验器材连接起来。观察下面两种情况温度计示数的变化。
（2）探究电热与通电时间的关系
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？
（3）探究电热与导体电阻的关系
若将两段不同阻值的电阻丝分别密封在装有等质量煤油的两个容器中，两支相同的温度计分别穿过瓶口插入容器中。请你依据图 1中的电路图将两个容器与其他器材串联起来。
（4）探究电热与电流大小的关系
如图所示电路，连接相同的电阻丝R1=R2分别放在装有等质量煤油的烧瓶，并联连入，闭合开关移，调节滑动变阻器。使通过I2=2I1。说一说你观察到的实验现象是什么？
5. 实验结论：从实验可以发现，电流产生的热量与电流大小、导体电阻以及通电时间有关。
当______________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_________。当电流和通电时间一定时，电阻________，产生的热量越多。
英国物理学家焦耳做了400多次实验，他于 1841 年发现了电流通过导体产生的热量跟导体电阻、通过导体的电流及通电时间之间的关系。
1. 内容：
电流通过导体产生的热量跟电流的____________，跟导体的_________，跟通电时间成__________。
为了纪念焦耳，这一规律被称为焦耳定律
2. 公式：__________
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）
思考讨论1：学习了焦耳定律，请你解释电暖器电热管发热，而导线几乎不发热的原因。
3.电功和电热关系
（1）在纯电阻电路中，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Q=W ，产生的热量均可用下列公式计算：______________________________
（2）非纯电阻电路中，例如电风扇、电动机、电动车等电能主要转化为机械能，所以Q＜W
电功计算公式：______________________电热计算式：______________________
4.电流的热效应有广泛的应用以及危害
（1）电热的利用
电热水器、电熨斗、电暖器：这些用电器的核心部件是发热体，发热体采用电阻___________的合金材料制成。根据焦耳定律______________，在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多，从而实现加热的目的。他们工作时消耗的电能几乎全部用来产生热量，有较高的效能。
思考讨论2：保险丝是如何起到保护电路和用电器的作用的？
（2）电流的热效应产生危害以及防止
①计算机、电视机工作时电流的热效应若导致温度过高，则会影响其正常工作和_____________。计算机、电视机的后盖都留有一些小孔，计算机还装有风扇，来__________。
②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________，引起线路故障，甚至引发火灾。
思考讨论3：我们在生活中应该如何防止这种危害呢？”
【归纳整理】
1.电流的热效应: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。
2.探究：电流产生的热量与哪些因素有关。
电流产生的热量与电流大小、导体电阻以及通电时间有关。
3.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。
4. 公式： Q = I2Rt
【课堂练习】
1．如图所示的用电器中，利用电流的热效应工作的是（　　）
A．平板电脑 B．电热水壶
C．无线路由器 D．电视机
2.小明在网上看到一个取火“神器”，如图所示，将口香糖的锡纸剥下来，剪成中间窄、两端宽的形状，将锡纸两端带锡的一面分别搭在电池的正、负极上，由于电池被短路，电流较 ，电流具有 效应，过一会儿，锡纸中间的部分燃烧起来。
3.（多选）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
【课后巩固】
1. 电视机、电吹风机、电饭锅、洗衣机、电水壶等常见用电器中，主要利用电流的热效应工作的有哪些？
2. 一电热器电阻丝的电阻为 120 Ω，接在 220 V 的电路中，通电 15 min 产生 ____________J 的热量。
3. 在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，选择下列说法中正确的选项并说明理由（ ）
A. 甲的电阻一定比乙的电阻大
B. 甲两端的电压一定比乙两端的电压高
C. 甲消耗电能一定比乙消耗电能快
D. 通过甲的电流一定比通过乙的电流大
4. 有两个电阻 R1 和 R2，R1∶R2 = 1∶2。当两个电阻串联时，相同时间内 电流通过两个电阻产生的热量之比为 ________；当两个电阻并联时，相同时 间内电流通过两个电阻产生的热量之比为 ________。
5. 某导体电阻为 20 Ω，通电 1 min 产生的热量是 4 800 J。
求：（1） 通过它的电流；
（2） 当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量。
6.* 一台电动机的额定电压是 220 V，其电阻是 1 Ω。正常工作时，通过 的电流为 5 A，则电动机因发热损失的电功率为 ________W。
1．下列情况中属于利用电热的是（ ）
A．电视机的后盖有许多孔
B．电热毯孵化小鸡
C．电动机外壳有许多散热片
D．电脑机箱内有小风扇
2. 小京用如图所示的电路探究“电流产生的热量与哪些因素有关”。两个相同的烧瓶中装有质量和初温相同的煤油，甲、乙两电阻丝的横截面积和长度相同。电阻丝甲通过的电流 （选填“大于”“小于”或“等于”）电阻丝乙通过的电流。通电一定时间后，发现装有电阻丝甲的烧瓶中温度计示数更高，由此得出的实验结论是：其他条件一定时，电流产生的热量与 有关。
3如图甲所示是超市常用的塑料袋封口夹，其电路如图乙所示。电源电压为6V，电热丝R阻值为2Ω。闭合开关，电热丝温度升高，2s内电热丝产生的热量为 J。
4. 在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图A所示，在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b。
(1)为了让实验效果更显著，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入质量、初温 （选填“不同”或“相同”）的 （选填“煤油”或“水”）；
(2)实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，下列实验应用了该研究方法的是______（填序号）；
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．探究导体电阻的大小与哪些因素有关
C．“伏安法”测电阻
(3)爱思考的小明还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图A甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且换用两根电阻丝的阻值 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为 ；（均选填“>”“<”或“=”）
(4)另一小组的小华同学用图B所示装置探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快。若通过左侧容器中电阻丝的电流是2A，则右侧容器中电阻丝在1min内产生的热量是 J。
5. 某消毒柜具有高温消毒和紫外线杀菌功能，其简化电路如图所示。发热电阻正常工作时通过的电流为2A，紫外灯规格为“220V 50W”。闭合开关和，消毒柜正常工作，求：
(1)通过的电流。
(2)的电阻。
(3)通电2min产生的热量。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1. 电能转化为内能 2. 电流大小 导体电阻 通电时间 通电时间越长 越多 电流越大 越多
电阻越大 越多 3. 电流的二次方 电阻 通电时间 Q = I2Rt 4. 电流的热效应 较大 5. 过高 小孔 风扇
探究：电流产生的热量与哪些因素有关
4.(2) 结论：同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，温度计的示数越大，表明电流产生的热量越多。(3) 实验现象：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。(4) 实验现象：相同的电阻，时间一定时，电流较大的煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。5. 电流和电阻 热量越多 越大
【合作探究】
探究点一：
答案: 1.电流的热效应 思考1：电热水壶：通过电流的热效应将电能转化为热能，从而加热水或其他液体。电热水器：利用电流的热效应来加热水，提供热水供应。电饭锅：主要将电能转化为内能，利用电流的热效应来加热食物。电熨斗：将电能转化为热能，利用电流的热效应来加热衣物，使其平整。
思考2：电热管具有较大的电阻，导线电阻较小，电流产生的热量可能与导体本身电阻有关。
思考3：电流产生的热量可能与通电时间长短有关。
思考4：按下加热按钮，才能接通主加热电路，才能获得足够的电流，电流产生的热量可能与通过导体的电流有大小有关。
探究点二：
答案：1.二次方成正比 电阻成正比 正比2. Q = I2Rt 思考讨论1：参考答案：电炉丝和导线串联，电流相同，由于电炉丝的电阻大，相同时间内产生的热量多，所以热得发红，而导线却几乎不发热。
3.（1） Q=W=Pt=UIt= t =I2Rt （2）W=Pt=UIt= t Q=I2Rt
4. （1）较大 Q = I2Rt 散热
思考讨论2：保险丝是由电阻率较大、熔点较低的铅锑合金制成的。当电路中电流过大时，根据焦耳定律Q = I2Rt，保险丝会产生较多的热量，温度迅速升高，达到熔点后熔断，切断电路，起到保护电路和用电器的作用。（2）①使用寿命 散热 ②损坏
思考讨论3：避免电路中电流过大：不随意更换大功率用电器，防止电路总功率过大；不私拉乱接电线，避免电路短路。减小导体电阻：选择横截面积较大、电阻率较小的导线（如铜导线），降低导线的电阻，减少导线发热。
保证电路通风散热：电线和用电器周围不要堆放易燃物品，保证良好的通风条件，及时散发热量；大型用电器（如空调、冰箱）要远离热源，避免温度过高。
【课堂练习】
1.【答案】B
【详解】A．平板电脑 主要利用电流进行数据处理、显示、通信等，发热是副作用，不是主要工作目的。故A不符合题意；
B．电热水壶 通过发热管将电能转化为内能来加热水，是利用电流热效应工作的电器。故B符合题意；
C． 无线路由器主要功能是信号处理与无线通信，发热不是主要目的。故C不符合题意；
D．电视机主要功能是显示图像与播放声音，发热不是主要目的。故D不符合题意。
故选B。
2.【答案】大 热
【详解】[1][2]锡纸两端分别接在电池正负极上，电池被锡纸短路。因为电池被短路，电路中电阻非常小，根据 ，电流会很大。电流通过导体时，导体会发热，这是电流的热效应。锡纸中间窄的部分横截面积小，电阻比宽的部分大，根据焦耳定律，在相同电流下，电阻大的部分单位时间产生的热量更多，温度升高更快，达到锡纸的燃点后就会燃烧。
3.【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。
【课后巩固】
基础练习
1.答案：电饭锅、电水壶
解析；电饭锅：将电能转化为内能，用来加热食物，符合电流热效应的定义。
电水壶：通过电流的热效应将电能转化为内能，从而加热水。
电视机：主要将电能转化为光能和声能，不是利用电流的热效应。
电吹风机：虽然在工作时也会产生热量，但其主要功能是通过电动机将电能转化为机械能，使风扇旋转产生气流，同时电热丝加热空气，因此不完全是利用电流的热效应。
洗衣机：主要将电能转化为机械能，驱动洗衣机运转，不属于利用电流热效应工作的电器。
2.答案：3.63×105。
解析；根据题意，可知15min=15×60s=900s
电热器产生的热量： Q=I2Rt=t==3.63×105
3.答案：C
解析：ABD、根据焦耳定律Q = I2Rt可知，电热丝产生的热量与电流大小、电阻大小和通电时间有关;所以，仅知道通电时间相同，电热丝甲放出的热量多，不能直接判定电阻、电流与电压的大.小关系，故ABD错误;
C、在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，即电热丝甲消耗的电能较多，根据公
式P=.可知，甲的功率大，故C正确。故选: C。
4.答案：1：2 2：1
解析：根据焦耳定律的公式Q=I Rt得到相同时间内两个电阻产生的热量之比；根据Q=t得到相同时间内两个电阻产生的热量之比。
将它们串联后接入电压为U的电路中，串联电路中各处的电流相等，根据Q=I Rt相同时间内R1与R2产生的热量之比1：2
如果把它们并联后接入同一电路，并联电路中各支路的电压相等，根据Q=t可得相同时间内R与R产生的热量之2：1
5.答案（1)通过它的电流为2A；(2)当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是19200J。
解析： (1)由焦耳定律，Q=I Rt，1min=60s,
通过电阻丝的电流：I== =2A。
(2)当电流增大一倍时，I=4A，t=60s，R=20Ω，由焦耳定律，得
产生的热量Q=I Rt=(4A) x20Ω x 60s=19200J。
6.答案：25W
解析：电动机因发热损失的功率：P热=I R=（5 A）2×1 Ω=25W
能力提升
1.【答案】B
【详解】A．电动机的后盖有许多孔是防止电流产生的热量过大而烧坏电动机，不属于电热的利用，故A不符合题意；
B．电热毯装有发热管是利用电热来孵化小鸡，属于电热的利用，故B符合题意；
C．电动机外壳有许多散热片，防止电流产生的热量过大而烧坏电动机，不属于电热的利用，故C不符合题意；
D．电脑机箱内有小风扇是防止电流产生的热量过大而烧坏用电器，不属于电热的利用，故D不符合题意。
故选B。
2.【答案】等于 电阻
【详解】[1][2]两个相同的烧瓶中装有质量和初温相同的煤油，两电阻丝串联，通过的电流和通电时间相等，甲、乙两电阻丝的横截面积和长度相同，而材料不同，两电阻丝阻值不同，通电一定时间后，发现装有电阻丝甲的烧瓶中温度计示数更高，由此得出的实验结论是：其他条件一定时，电流产生的热量与电阻有关。
3.【答案】36
【详解】闭合开关，电阻R直接连接在电源两极，电流通过电热丝，电热丝把电能转化为内能，使电热丝的内能增加，温度升高，2s内电热丝产生的热量
4.【答案】(1) 相同 煤油 (2)B (3) = ＜ (4) 左边 300
【详解】（1）[1][2]为了让实验效果更显著，即温度计的示数变化的更明显，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入比热容较小的煤油，这样才吸收相同的热量时，煤油升高得温度更多，实验效果更显著，而根据控制变量法可知两瓶中的煤油的初温和质量都应相同。
（2）本实验通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，这是用到了转换法。
A．电流与电压、电阻均有关，每次只能探究一个因素，主要用到的探究方法是控制变量法，故A不符合题意；
B．电阻的大小不易直接观察，探究导体电阻的大小与哪些因素有关，通过电流表的示数反映电阻的大小，用到了转换法，故B符合题意；
C．“伏安法”测电阻是欧姆定律的应用，故C不符合题意。
故选B。
（3）[1]比较不同物质的吸热能力时，要保证两种物质吸收的热量相同，所以甲乙两瓶中的电阻丝阻值应相等，这样在相同时间内电阻丝产生的热量相同，可以保证两种液体吸收的热量相同。
[2]根据公式Q=cmΔt可知，质量和初温都相同时，吸收相同的热量，甲液体温度升高得比乙液体多，说明甲液体比热容小于乙液体的比热容。
（4）[1]如图所示，一个阻值为5Ω的电阻与两个5Ω电阻并联后的整体串联，则由串、并联电路的电流规律可知，通过乙容器中的电阻的电流是通过甲容器中电阻的电流的一半，根据焦耳定律可知，相同时间内甲容器中的电阻产生的热量更多，其中的气体受热膨胀得更快，则与之相连的左边的U形管内的液面高度变化较快。
[2]如图所示，可知通过左侧容器中电阻丝的电流2A为干路电流，根据并联电路的电流规律可知，通过右侧容器中电阻丝的电流为1A，则由焦耳定律的在1min内它产生的热量是
Q=I2Rt=（1A）2×5Ω×60s=300J
5.【答案】(1)0.23A (2) (3)52800J
【详解】（1）当开关和都闭合时，由题图可知为并联电路，消毒柜正常工作，紫外灯L两端的电压等于其额定电压，则通过L的电流为
（2）R的电阻为
（3）根据焦耳定律，R在2min内产生的热量为Q = I2Rt =(2A)2×110Ω ×120s =52800J
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