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焦 耳 定 律
电
功
率
九年级全册第十八章第4节
目标展示
焦耳定律
物理观念
认识电流的热效应，了解焦耳定律；
能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象，分析解决简单的实际问题。
科学思维
结合电功的表达式和欧姆定律推导焦耳定律的表达式，培养演绎推理能力。
科学探究
经历研究电热与电阻、电流关系的过程，体会实验中控制变量的方法，发展观察、分析、处理信息、得出结论的能力。
科学态度与责任
通过学习电热的利用和防止，感悟辩证看待问题的方法，体会物理学对社会发展的推动作用。
新课导入
问题
电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热
我怎么热不起来呢？
我热得发红
新课讲授
电流的热效应
一
电流的热效应
电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。
电流的三大效应
热效应：电暖
磁效应：电磁起重机
化学效应：电解水
新课讲授
电流的热效应
一
电流的热效应
问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
可能与通过导体的电流有关。因为导体在通入电流时才会发热，所以电流通过导体时产生热的多少跟电流有关；
可能与导体的电阻有关。导线和电熨斗串联接入电路，电流是相同的，电熨斗热的温度高，而导线几乎不热，电流产生的热可能与电阻有关。
可能与通电时间有关。由生活经验可知，通电时间越长，电流产生的热量也会越多。
电热与电阻的关系
新课讲授
演示
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。
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。你看到的现象说明了什么
电流的热效应
一
电热与电阻的关系
新课讲授
演示
电流的热效应
一
关于实验方法的说明：
①控制变量法：
在探究电流通过导体产生热的多少跟电阻的关系时，应该控制电流和通电时间不变。把5Ω和10Ω的电阻串联是为了控制通过两个电阻的电流大小相同，也可以控制通电时间相同。
②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，这种研究方法叫转换法。
电热与电阻的关系
新课讲授
演示
电流的热效应
一
实验表明:在电流相同、通电时间相同的情况下，一段电阻丝的电阻越大，这段电阻丝产生的热量越多。
电热与电流的关系
新课讲授
演示
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。你看到的现象说明了什么
电流的热效应
一
电热与电流的关系
新课讲授
演示
电流的热效应
一
关于实验方法的说明：
①控制变量法：
在探究电流通过导体产生热的多少跟电流的关系时，应该控制电阻和通电时间不变。把5Ω电阻放在容器内是为了控制产生热量的电阻相同，同一电路的通断也可以控制通电时间相同。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。
②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，这种研究方法叫转换法。
电热与电流的关系
新课讲授
演示
电流的热效应
一
实验表明:在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一段电阻丝的电流越大，这段电阻丝产生的热量越多，
电热与时间的关系
新课讲授
演示
电流的热效应
一
实验表明:在电流、电阻相同的情况下，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
两次实验中对于同一只容器中的电阻丝，在电流和电阻保持不变的情况下，通电时间越长，U型管中的液面高度差越大，即通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
新课讲授
焦耳定律
二
焦耳定律
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先确定了电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系: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。这个规律叫作焦耳定律(Joule's law)。
如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示通电时间用t表示，那么焦耳定律为：
Q=I2Rt（1J=1A2×1Ω×1S）
新课讲授
焦耳定律
二
焦耳定律的推导
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。
新课讲授
焦耳定律
二
电功与电热
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。
新课讲授
焦耳定律
二
电功与电热
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Q=W
上述公式适用于纯电阻电路。如电炉、电热器、电熨斗等。
新课讲授
焦耳定律
二
电功与电热
非纯电阻电路
在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能 。
此时电能=内能+机械能 ，所以Q＜W。
例如：当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。
W总＝UIt =W机械能＋Q热量
新课讲授
焦耳定律
二
电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围
电功 电功率 焦耳定律 适用条件
基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用
（所有电路）
推导公式 纯电阻电路
Q=W
新课讲授
焦耳定律
二
学了焦耳定律，你能回答“电炉丝通过导线接到电路中，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？”
我热得发红
我怎么热不起来呢？
电炉丝和导线串联，通过电炉丝和导线的电流相同，但电炉丝的电阻远大于导线的电阻，根据Q=I2Rt，在相同的时间内电炉丝产生的热量更多，所以电炉丝很热，而导线却不热。
新课讲授
例题
四个电阻器的电阻分别为R1、R2、R3、R4。如图甲所示，电阻为R1、R2的电阻器串联后接在电压为U的电路中;如图乙所示，电阻为R3、R4的电阻器并联后也接在电压为U的电路中。已知R1=R3，R2=R4，R1>R2。
(1)电阻为R1和R2的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多
(2)电阻为R3和R4的两个电阻器，在相同时间内哪个放出的热量多
焦耳定律
二
U
R1
R2
甲
U
R3
R4
乙
新课讲授
例题
焦耳定律
二
U
R1
R2
甲
解（1）在串联电路中，通过电阻R1和R2的两个电阻器的电流相等。据焦耳定律Q=I2Rt，当I、t相同时，Q与R成正比，由于R1 >R2，因此相同时间内电阻为R1的电阻器放出的热量比电阻为R2的电阻器多。
纯电阻串联电路中，电阻越大，放热越多，用公式Q=I2Rt判断
新课讲授
例题
焦耳定律
二
U
R3
R4
乙
（2）在并联电路中，电阻为R3和R4的电阻器两端的电压相等。根据焦耳定律Q=I2Rt和欧姆定律I= ，可得Q= 。由公式可知，电压相同时，相同时间内导体放出的热量与它们的电阻成反比，且R3>R4 ，因此相同时间内电阻为R4的电阻器放出的热量比电阻为R3的电阻器多。
U
R
U2
R
t
纯电阻并联电路中，电阻越大，放热越多，用公式Q= 判断
U2
R
t
新课讲授
焦耳定律
二
想想议议
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？
第一种说法，在通电时间、电压相同时，由欧姆定律I= 与焦耳定律Q=I2Rt可得Q= ，因此电阻越小，产生的热量越多。第二种说法，在时间、电流相同时，由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。
U
R
U2
R
t
新课讲授
电热的利用和防止
三
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。
新课讲授
电热的利用和防止
三
电热的防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。
导线绝缘皮老化引起火灾
烧坏电器
新课讲授
电热的利用和防止
三
电热的防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。电子器件的工作温度直接决定其使用寿命和稳定性，要保证其稳定工作，就必须要有效地散热。
课堂小结
焦耳定律
电流的热效应
①电流通过导体时电能转化成内能的现象。
②电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间有关。
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
I 为电流，单位 A；R 为电阻，单位 Ω；
t 为时间，单位 s；Q 为热量，单位 J。
③推导公式：Q=RU2 t=UIt（适用于纯电阻电路）。
④电功与电热：纯电阻电路 Q=W；非纯电阻电路 Q电流的利用和防止
应用：电热器。
防止：散热器等。
1.如图，芯片体积小，元件密集。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。
达标检测
热
热传递
2．将规格都是“220V 150W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是（　　）
A．三个用电器均将电能全部转化为内能
B．电烙铁消耗电能最快
C．三个用电器消耗的电能一样多
D．三个用电器产生的热量相等
C
3. 如图所示，电源电压为6V，且保持不变，已知滑动变阻器的最大阻值是50Ω，滑片P在变阻器的最左端时，电流表的示数为0.6A，求：
（1）R1的电阻；
（2）滑片P移动到变阻器的最右端时，通电20s滑动变阻器产生的热量。
达标检测
10Ω
10J
作业布置
1.通过某电阻丝的电流为2A时，测得它的电阻是2Ω，该电阻1min产生多少热量
【解析】用焦耳定律公式计算电流产生的热量：
Q=I2Rt=（2A）2×2 ×1×60s=480J
2.一台额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，1min产生多少热量
【解析】Q=W=Pt=450W×60s=2.7×104J
作业布置
3.一只电烙铁的额定电压是220V，在额定电压下工作时的电阻是1 210Ω，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
【解析】
（1）电烙铁的额定功率
（2）电烙铁在额定电压下通电10分钟产生的热量
Q=W=Pt=40W×10×60s= 2.4×104J
作业布置
4. 某校师生自制了一台电烤箱。电烤箱的电阻丝通过5A的电流时，1min可产生6.6×104J的热量。求这台电烤箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。
【解析】
作业布置
5.一个电热水壶的容量为1L，电功率为1000W，在标准状态下按上述容量烧开一壶初温为20°C的水，至少需要多长时间
【解析】水的质量 = =1×103 kg/m3 ×1.0×10 3 m3=1kg
水吸收的热量
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J
电流做功W= Q吸= 3.36×105J
烧开一壶水需要时间：
作业布置
6.电流的热效应有时对我们有益，我们利用它；有时对我们有害，需要减少电流导致的发热，或者尽快把发出的热散发掉。
（1）列举两个生活或生产中利用电流热效应的实例；
（2）列举两个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施。
【解析】
（1）电暖器、电烙铁、电饭锅都是利用电流的热效应来工作的，把电能转化为内能。
（2）电视机、计算机在工作时产生的热量是有害的，电视机外壳的散热窗、计算机的散热风扇可以散失热量，防止电流热效应带来的危害。
作业布置
7. 在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来。有人把导线简单地拧在一起，这样会使得连接处电阻增大，导致连接处比别处容易发热，甚至引起火灾。这是为什么
【解析】
在家庭电路中，导线相互连接处若接触不良，该处的电阻较大，因为导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流相等、通电时间相等，由 Q=I2Rt可知连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。
下 课
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