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人教版物理(新教材)九年级全册
第4节 焦耳定律
第十八章 电功率
核心素养目标
1.物理观念
2.科学思维
①培养学生的科学思维能力，使其能够从实验现象中抽象出规律。②知道知识运用和生活常识的重要性，能分析常见的物理问题，从不同的角度思考问题。
3.科学探究
通过实验验证焦耳定律，培养学生的实验与探究能力，使其能够设计实验、观察实验现象、分析实验结果，并从中得出结论。
4.科学态度与责任
通过学习焦耳定律的发现者和实验过程，培养学生的科学态度与价值观，使其认识到科学研究的艰辛和重要性，培养对科学的尊重和热爱。
了解电流的热效应，了解焦耳定律，运用Q=I2Rt 解决实际问题。通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。
教学重点01①理解焦耳定律的物理意义；②掌握焦耳定律的公式及其应用；③理解并区分焦耳定律与欧姆定律的关系，以及它们在电路中的应用。教学难点02①理解焦耳定律中的“I2”这一概念；②正确进行实验操作，确保实验数据的准确性和可靠性；③将焦耳定律应用于实际问题中。教学重点难点课堂导入
电暖器可以取暖
电烤箱可以将食物烤熟
电热水壶可以烧开水
这些用电器释放的热量从何而来
他们释放热量的多少是否有规律可循呢
课堂导入
活动
将一张锡箔纸的两端，分别贴在一个电池正负极，观察会发生什么现象？
　　当锡箔纸与电池两端接触时，相当于电路接通了，此时锡箔纸快速发热、变红、并燃烧。
现象
电能　　　内能
转化
探究新知
电流的热效应
　　生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
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。
熨斗
电饭煲
探究新知
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
电炉的电炉丝和导线中通过的电流相同，电炉丝热得发红，说明电炉丝的温度比导线高，电流在电炉丝上产生的热量更多。
电流通过导体时产生热量的多
少跟什么因素有关？
讨论交流
探究新知
【学习任务一】电流的热效应
在寒冷的冬天，为了取暖，我国科研人员设计了一种带电源的智能控温加热手套，如图。下列与加热手套工作原理相同的用电器是（　　）
A．电热毯 B．洗衣机
C．电冰箱 D．充电宝
A
解：带电源的智能控温加热手套的工作原理是电流的热效应，此过程中电能转化为内能；
A、电热毯工作时，消耗电能转化为内能，故A正确。
B、洗衣机的用电元件是电动机，电动机工作时将电能主要转化为机械能，故B错误；
C、电冰箱的用电元件主要是压缩机，压缩机工作时将电能主要转化为机械能，故C错误；
D、给充电宝充电时，消耗电能转化为化学能；充电宝对外供电时，化学能转化为电能，故D错误。
故选：A。
A
探究新知
【变式训练】电流的热效应
现代社会人们的生活越来越离不开电，下列电器工作时主要利用了电流热效应的是（　　）
A．电风扇 B．电铃
C．电烤箱 D．电冰箱
解：A、电风扇工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故A错误；
B、电铃工作时注意把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B错误；
C、电烤箱工作时把电能全部转化内能，是利用电流的热效应工作的，故C正确；
D、电动机将电能转换为机械能，驱动压缩机运转，不是利用电流热效应工作的，故D错误；
故选：C。
C
探究新知
③可能与通电时间有关。
演示实验
【实验】探究影响电流的热效应的因素
猜想与假设
电热水壶刚通电时，水并不能立即沸腾，而需要一定的时间。
①可能与通过导体的电流有关。
②可能与导体的电阻有关。
有电流导体时，导体才会发热。
电烤炉工作时，烤炉温度高，导线几乎不发热。
探究新知
实验思路
利用电热丝加热质量相同的同种液体，通过液体温度升高的情况，判断通电导体产生热量的多少。
①用一根电热丝给一定质量的液体加热，在保持通电电流相同的情况下，探究通电导体产生的热量与加热时间的关系。
②选择两根阻值不同的电热丝，在相同的时间内通过大小相同的电流，探究通电导体产生的热量与电阻大小的关系。
③选择两根阻值相同的电热丝，在相同的时间内通过大小不同的电流探究通电导体产生的热量与电流大小的关系。
探究新知
实验过程
①电热与电阻的关系
　　选取阻值不一样的电阻丝，如5Ω和10Ω的电阻丝，装入实验装置中，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？
结论：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，电阻丝产生的热量越多。
电热与电阻的关系
探究新知
②电热与电流的关系　　
　　选取阻值相同的两个5Ω电阻丝，装入两个透明容器中，并在其中一个容器的外部，并联一个阻值为5Ω电阻丝，则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？
电热与电流的关系
结论：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，电阻丝产生的热量越多。
探究新知
③电热与通电时间的关系　　
　　将一阻值为5Ω电阻丝，装入一个透明容器中。闭合开关，在通电时间相同的情况下，观察U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么？
结论：电流通过导体产生的热量跟通电时间有关。通电时间越长，电阻丝产生的热量越多。
Δh
探究新知
归纳总结
· 在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
· 在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流越大，电阻产生的热量越多。
· 在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
探究新知
理论探究
　　将不同阻值的电阻串联接入电路，接在稳定电源上，接通电路，通电一段时间后，观察温度的变化情况，并记录数据。
电阻R/Ω
1
2
3
4
5
6
初温t0/℃
26.6
26.8
26.7
26.6
26.8
26.7
末温t/℃
27.2
28.1
28.6
29.1
29.9
30.4
温度变化量⊿t/C
0.6
1.3
1.9
2.5
3.1
3.7
【实验】探究电流通过导体产生的热量跟电阻是否成正比
探究新知
Δt/℃
R/Ω
结论：在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟电阻成正比。
探究新知
理论探究
电流产生的热量与电阻的正比关系
　　两个定值电阻 R1＝5Ω、R2＝10Ω串联起来，接在电源上，通过它们的电流应该是相等的。通电一段时间后，电阻消耗的电能全部转化为内能，对这两个电阻产生的热量，应用 W=UIt 和欧姆定律进行分析，我们能得出什么推论？
W=UIt
U=IR
W1=U1I1t=I1R1×I1t=I2R1t
由于 R1、R2 串联
I=I1=I2
W2=U2I2t=I2R2×I2t=I2R2t
W2＞W1
结论：在电流和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟导体电阻成正比。
探究新知
【学习任务二】电流产生的热量与电阻的关系
如图是探究电流通过导体时产生热的多少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，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（　　）
A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系
D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小
B
探究新知
A
解：AB、装置甲中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右=I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右=I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1=I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，由Q=I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，玻璃管左侧液面高度差更大，故A错误，B正确。
CD、在乙装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流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，即是探究电流产生的热量与电阻大小的关系；故由Q=I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多；故CD错误。
故选：B。
探究新知
【学习任务三】电流产生的热量与电流的关系
如图是探究电流的热效应与什么因素有关的实验，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法错误的是（　　）
A．该实验装置是为了探究电流热效应与电流的关系
B．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
C．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，就可以探究电流热效应与电阻的关系
D．该实验装置是利用U形管中液柱高度的变化来比较电阻丝产生热量的多少的
C
探究新知
A
解：A、由电路图可知，右侧两电阻并联后与左侧电阻串联，由并联电路的电流特点可知，通过两个透明容器中相同电阻的电流不同，该实验装置是为了探究电流热效应与电流的关系，故A正确；
B、通电一段时间后，电阻相同，根据Q=I2Rt可知，时间和电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多，左边的电流大，则产生的热量多，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大，故B正确；
C、不改变导线的连接方式，将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，此时两容器中电阻丝的阻值不相等，通过它们的电流也不同，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故C错误；
D、电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但容器中空气温度的变化会导致容器中空气体积的变化，即可以通过U形管中液面高度差的变化来反映电阻丝放出热量的多少，故D正确。
故选：C。
探究新知
【学习任务四】电流产生的热量与通电时间的关系
利用如图所示电路可定性研究电热与电流、电阻和通电时间的关系，图中三个电阻的材料和质量相同，且R1=R3=5Ω，R2=10Ω，三个电子温度计分别与之相连（图中未画出），并能测量它们的温度。闭合开关后，每隔一定时间记录各电阻的温度，通过比较温度的变化来间接反映电阻产生电热的多少。下列有关分析与推断错误的是（　　）
A．分析任意一个电阻的温度变化，可知电热与通电时间有关
B．分析比较R1和R2的温度及变化，可知电热与电阻有关
C．分析比较R1和R3的温度及变化，可知电热与电流有关
D．分析比较R2和R3的温度及变化，可知电热与电流和电阻有关
D
探究新知
A
解：A、由Q=I2Rt可知，对同一电阻而言，通过的电流不变时，通电时间越长，产生的热量越多，温度越高，故A正确；
B、探究电热与电阻关系时，由Q=I2Rt可知，需保持电流和通电时间相同，电阻不同；
根据题意和电路图可知，R1≠R2，并且R1、R2串联，即通过的电流和通电时间相等，因此分析比较R1和R2的温度及变化，可知电热与电阻有关，故B正确；
C、探究电热与电流关系时，由Q=I2Rt可知，需保持电阻和通电时间相同，电流不同；
根据题意和电路图可知，R1=R3，并且R1、R2串联后与R3并联，由于两支路的总电阻不同，因此通过它们的电流不同，故分析比较R1和R3的温度及变化，可知电热与电流有关，故C正确；
D、根据控制变量法可知，探究电热与电流、电阻以及通电时间是否有关时，变化的量只能有一个，其它因素均不变，因此不可以探究电热与电流和电阻的关系，故D错误。
故选：D。
探究新知
焦耳定律
1.定义：电流通过导体产生的热量跟电流二次方成正比，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。
2.表达式：用I表示电流，R表示电阻，t表示时间，只表示热量，焦耳定律可以表示为
Q＝I2Rt
1J＝1A2·Ω·s
I的单位用安(A)，R的单位用欧(Ω)，t的单位用秒(s)，只的单位用焦(J)。
探究新知
3.焦耳定律的理解
①焦耳定律定义式Q=I2Rt，只适用于计算电流通过导体时产生的热量。
②电功的计算式W=UIt，适用于计算将电能转化为各种形式的能的过程中电流做的功。
探究新知
4.电功与电热
区别
①电功是指电流经过电路所做的功，其做功的多少表示电路消耗电能的多少，表示了有多少电能转化为其他形式的能。
②电热是指电流经过电路时，其产生的电能转化为内能的那一部分。
联系
①当电流通过某些用电器时，电能全部转化为了内能，电流产生的热量就等于消耗的电能，即Q＝W。
②当电流通过某些用电器时，电能主要转化为其他形式的能量，
只有少部分转化为内能，即Q＜W。
探究新知
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。
通过导线电流跟电炉丝中的电流相等
导线的电阻很小
电炉丝的电阻较大
Q＝I2Rt
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。
探究新知
【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？
R1
R2
R3
R4
U
U
甲
乙
探究新知
解：（1）在串联电路中，通过电阻为R1和R2的两个电阻器的电流相等。
根据焦耳定律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。
（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=，可得 。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。
Q=
探究新知
想想议议
《焦耳定律》中有这么一段话：“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？”
请你用所学过的物理知识进行解释。
灯泡的额定电压相同，正常工作的时间相同，根据Q=W=可知，电阻越小，产生的热量越多，其前提条件是电压相同；
在电流相同时，正常工作的时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻越大，产生的热量越多，其前提条件是电流相同；所以，在各自的前提条件下，两种说法都是正确的，并不矛盾。
探究新知
【学习任务五】焦耳定律的应用
小邦家的电热取暖器的电源线坏了，他在淘宝网上新买了一根，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（　　）
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
C
解：A、跟电源线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，如果电源线短，电源线的电阻将会很小，产热将会很少，不会烧焦，故A不符合题意。
B、电热取暖器跟电源线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，如果电源线太粗，电源线的电阻将会很小，产热将会很少，不会烧焦，故B不符合题意。
C、电热取暖器跟电源线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，电源线烧焦说明电源线的电阻过大（电源线过细），故C符合题意。
D、电路中各用电器之间属于并联，其它用电器仍正常工作，说明电路电压正常，故D不符合题意。故选：C。
探究新知
【变式训练】焦耳定律的应用
取口香糖锡纸，剪成如图所示形状，将带锡一面两端的M、N两点分别接触电池正、负两极，其中AB和CD段等长。发现锡纸条很快开始冒烟、着火，下列分析正确的是（　　）
A．AB段的电流比CD段的小
B．AB段的电阻应该小于CD段的电阻
C．AB段和CD段的电压相等
D．根据焦耳定律分析，正常情况下应该是AB段先冒烟
D
解：ABD、口香糖锡纸的AB和CD段材料和长度相同，横截面积不同，AB段的电阻较大，两段是串联的，电流相同，根据焦耳定律Q=I2Rt可知：AB段产生的热量更多，更易容冒烟，故D正确，AB错误；
C、根据欧姆定律，电流相同，电阻大的导体两端的电压较大，AB段的电压较大，故C错误。
故选：D。
探究新知
电热的利用和防止
电流的热效应在生产生活中有着广泛的应用。
常见的家用电热器、孵化器、电烤箱、烘干机等也利用了电流的热效应。
1.电热的利用
它们的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。
养鸡场的电热孵化器，
使孵化雏鸡规模化。
电暖器、电饭锅、电熨斗等，都是利用电热的工作的。
探究新知
2.电热的利用
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，导致温度过高，会影响其正常工作和使用寿命。故计算机、电视机的后盖都留有小孔，计算机还装有风扇。
为了防止用电器温度过高，必须通风散热。
散热窗
电脑工作时，CPU等部件的温度也会升高，需要安装散热窗、使用微型风扇及时散热。
大型电动机等大功率的用电器，都装有散热片、散热窗、电风扇等散热装置。
探究新知
【学习任务六】电热的利用
电风扇、电烙铁、日光灯三个用电器上都标有“220V，60W”字样，正常工作时，相同的时间内（　　）
A．电风扇产生的热量最多
B．电烙铁产生的热量最多
C．日光灯产生的热量最多
D．三者产生的热量一样多
B
解：电风扇、日光灯、电烙铁三个用电器的额定功率均为60W，正常工作时的功率和额定功率相等，由W=Pt可知，相同时间内三者电流做功一样多；
电风扇把电能转化为机械能和内能，电灯把电能转化为内能和光能，电烙铁把电能转化为内能，故电风扇、电烙铁、日光灯正常工作时，相同的时间内电烙铁产生的热量最多。
故选：B。
探究新知
【学习任务七】电热的防止
电流热效应在生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害，下列情况中不属于防止电热危害的是（　　）
A．电视机的后盖有许多孔
B．家电长时间停用，隔段时间应通电一次
C．电动机外壳有许多散热片
D．电脑主板的CPU上有小风扇
B
解：A、电视机的机壳上有许多小孔是为把各电器元件产生的热量及时散失掉，故A不符合题意。
B、家电长时间停用，隔一段时间应通电一次防止家电受潮，再次使用时被损坏，故B符合题意。
C、电动机外壳有许多散热片，可以用来散热，故C不符合题意。
D、过多的热量会影响计算机CPU的正常工作，CPU上有风扇，这都是为了散失热量，故D不符合题意。故选：B。
课堂小结
焦耳定律
电热的利用和防止
电流的热效应
焦耳定律
定义
影响电流通过导体时产生热量的因素
Q＝I2Rt
· 在电流相同和通电时间一定时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
· 在电阻和通电时间相同时，通过电阻电流越大，电阻产生的热量越多。
· 在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
1.（2024秋 沐川县期末）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。
课堂练习
热传递
热
解：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热效应。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，这是通过热传递的方式改变芯片内能。
故答案为：热；热传递。
点评：本题考查的是电流的热效应；知道改变物体内能的两种方式。
2.（2017秋 威远县校级期末）把两个电阻R1、R2串联在电路中，R1=6Ω，R2=9Ω，在相同通电时间内，通过R1、R2的电流之比为_____，电流通过R1、R2所做的功之比为_____，电流通过R1、R2产生的热量之比为_____。
2：3
课堂练习
解：把两个电阻R1、R2串联在电路中时，因串联电路中各处的电流相等，所以通过R1、R2的电流之比为1：1，
由W=I2Rt可得，在相同通电时间内，电流通过R1、R2所做的功之比：
W1：W2=I2R1t：I2R2t=R1：R2=6Ω：9Ω=2：3，
由Q=W可得，电流通过R1、R2产生的热量之比：Q1：Q2=W1：W2=2：3。
故答案为：1：1； 2：3； 2：3。
点评：本题考查了串联电路的电流特点和电功公式、电热公式的应用，要注意电阻是纯电阻用电器，产生的热量和消耗的电能相等。
1：1
2：3
3. （2025 广汉市模拟）如图所示是某初三老师在探究焦耳定律的实验装置，串联的两电阻丝（R1＜R2）封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到___（选填A或者B）
气球先鼓起来，该装置____（选填“能”或“不能”）解释“电炉丝热
得发红而连接它的导线却几乎不发热”这一现象。
课堂练习
解：由图可知，两电阻丝串联，由串联电路各处电流相等可知，通过两电阻丝的电流相等。在通电时间相同时，电阻大的电阻丝产生的热量多，由于R1＜R2，所以B中R2产生的热量多，则B气球先鼓起来。
串联电路的电流处处相等，在通电时间相同时，电炉丝电阻大产生的热量多，连接它的导线电阻小产生的热量少，所以该装置能解释电炉丝热得发红而连接它的导线却几乎不发热现象。
故答案为：B；能。
点评：本题考查的是焦耳定律的应用，属于基础题目。
B
能
4.（2024秋 自流井区校级期末）如图所示的电路，当开关S闭合时，电路中的电流为1A，电压表V的示数为9V，定值电阻R的阻值为4Ω，电动机的电能转化为机械能的效率为90%，下列说法正确的是（　　）
A．电压表V1的示数为4V
B．电动机M的线圈电阻为0.5Ω
C．电路消耗的总功率是4W
D．通电1min电流通过电动机产生的热量是300J
B
课堂练习
课堂练习
解：A、当开关S闭合时，定值电阻与电动机串联，电压表V1测的是电动机M的两端电压；电压表V测的是电源电压，电压表V的示数为9V，则电源电压为9V，电路中的电流为1A，定值电阻的两端电压为U定=IR定=1A×4Ω=4V根据串联电路的电压规律可得，电动机两端电压（即电压表V1的示数）为U1=U-U定=9V-4V=5V，故A错误；
C、电路消耗的总功率是P=UI=9V×1A=9W，故C错误；
BD、通电1min,电动机消耗的电能为W=U1It=5V×1A×60s=300J，电流通过电动机产生的热量是
Q=（1-90%）W=10%×300J=30J，根据Q=I2Rt可得，电动机M的线圈电阻为
故B正确，D错误。
故选：B。
点评：分析清楚电路结构、熟练应用欧姆定律、电功及电功率公式即可正确解题；解题时要注意：电动机是非纯电阻电路，电动机消耗的热功率小于电动机的总功率。
布置作业
1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。
2.拓展性作业：
①请观察家中的用电器，列举出至少3个利用电流热效应的例子，提出至少2条防止电流热效应产生危害的措施。
②参考教科书中的“家庭实验室”，自己做一个简单的电热器，
体会电流的热效应。注意安全，不要长时间通电。
谢谢聆听/ 让教学更有效 高效备课 | 物理学科
第4节 焦耳定律（教学设计）
年级 九年级 学科 物理 教师
课题 第4节 焦耳定律
教学 目标 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。
教材 分析 本节主要包括电流的热效应、焦耳定律、电热的利用和防止三部分内容。焦耳定律是初中物理学习的重要定律之一，是能量守恒定律在电能与内能之间转化的具体体现。教材将焦耳定律安排在电功、电功率之后，在内容编排上体现出相互关联、层层递进的特点。 定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律，既是本节教学的重点又是难点。教学中，做好演示实验及细致分析实验现象是突破教学重难点的关键。
学情 分析 1. 知识储备分析：九年级的学生在之前的学习中已经掌握了一定的电学基础知识，对电流、电压、电阻、电能、电功率等概念有了一定的认识，也具备了一定的实验操作技能和科学探究能力。他们对物理实验充满了好奇心和探索欲望，喜欢通过自己动手操作来获取知识。然而，焦耳定律涉及到多个物理量之间的关系，较为抽象，学生在理解和应用上可能会存在一定的困难。 2. 学习难点分析：在实验探究过程中，学生可能在控制变量法的运用、实验方案的设计、实验数据的分析处理等方面还不够熟练，需要教师进行引导和指导。同时，这个年龄段的学生虽然有了一定的自主学习能力，但在合作学习中可能会出现分工不明确、合作效率不高等问题，需要教师加强组织和协调。
教学重点 定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。
教学难点 定性研究电热与电阻、电流的关系，以及了解焦耳定律。
教学 器材 学生电源、焦耳定律演示器一套（含有2个密闭容器、2个内装等量液体的 U形管、电阻丝）、导线、开关、滑动变阻器等。 多媒体ppt，含视频：《电流通过导体产生的热量跟电阻的关系》、《电流通过导体产生的热量跟电流的关系》等。
教学过程
教师活动 学生活动
导入新课 【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 思考问题，激发兴趣，进入情景。
学习新课 一、电流的热效应 1. 电流的热效应 【提问】（1）寻找以下用电器的共同特点 电热毯、电水壶、电饭煲、烤箱等。 分析：这些用电器工作时都要消耗电能，都会发热，在工作过程中，电能转化为内能。 （2）电流的热效应 电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。 2. 探究影响电流热效应的因素 【提出问题】电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关 【猜想及其依据】 （1）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； （2）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。 （3）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。 【设计实验】 （1）实验装置介绍（焦耳定律演示器） 两个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。两个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）实验原理 如图所示，两个透明容器中密封着空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气的体积变化。同时使用两个密闭容器时，哪一侧U型管中液柱出现的高度差大，表明哪一侧的电阻丝产生的热量多。图中，因为Δh右＞Δh左，所以电流通过右侧的电阻丝产生的热量多。 （3）研究方法 ①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 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。 （4）实验器材：学生电源、焦耳定律演示器、电流表、滑动变阻器等。 为了进行多次实验，需要改变通过两个电阻丝的电流，所以在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑片改变电流。 （5）实验记录表 实验次数电流关系电阻大小/Ω通电时间 关系U形管液面 高度差⊿h左右左右左右左右1相等510相等2大小相等相等
【进行实验】 （1）探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系 如图所示，将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。 （2）探究电流通过导体产生的热量跟电流的关系 在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。 闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。 （3）探究电流通过导体产生的热量跟时间的关系 闭合开关，通电一段时间后，观察同一个密封盒内U形管液面高度差的变化大小。 【收集证据】 甲 乙 【分析论证】 （1）分析实验步骤（1）可发现：在电流和通电时间相等的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。 （2）分析步骤（2）可发现：在电阻和通电时间相等的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。 （3）分析步骤（3）可知，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。 归纳实验结论 （1）在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 （2）在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 （3）在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 【播放视频】——《电流通过导体产生的热量跟电阻、电流的关系》 【交流讨论】 实验结束后，小红说她在一本书上看到用如图所示的装置也可以探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。请你对该装置进行评价。 【评价】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影响电流通过导体产生热量的因素。 （1）当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此根据温度计示数的变化可知电流产生热量的多少。 （2）甲图中R1、R2两电阻串联，通过两电阻的电流相等，但两电阻的阻值不同，所以可探究电流产生热量的多少与电阻的关系。 （3）乙图中R1、R2两电阻并联，甲、乙两装置中，电源电压相同，乙图中电阻R1两端的电压大于甲图中电阻R1两端的电压，则乙实验装置中通过电阻R1的电流大。所以由a、c（或b、d）可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。 【例题1】在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。 （1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，通过观察两个U形管中 的变化反映密闭空气温度的变化； （2）甲图所示的装置是用来研究电流通过导体产生的热量与 的关系； （3）若想利用乙图继续完成接下来的实验探究，则电阻B的阻值为 Ω。 【答案】（1）高度差；（2）电阻；（3）5 【详解】（1）本实验将不易观察的现象转换成易观察的现象，通过U形管液面高度差显示电流产生热量的多少，使用了转换法。 （2）甲图所示的装置中两个电阻串联，故通过两电阻的电流相同，两电阻阻值不同， 控制通电时间相同，可以用来研究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。 （3）乙图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，根据并联和串联电路电流的规律，为研究电流产生的热量与电流的关系，应控制电阻和通电时间相同，因此电阻B的阻值为5Ω。 知道电流的热效应。 提出问题并进行猜想，说出猜想依据。 了解焦耳定律演示器的组成及原理。 知道探究方法。特别是转换法的应用。 设计出实验电路。 了解记录表格。 观看演示实验，收集证据。 进行分析论证，归纳出实验结论。 观看视频，了解探究实验的完整过程。 交流讨论小红所提的问题，进行回答。 做例题1，进一步理解探究电热的实验过程，掌握所学知识。
学习新课 二、焦耳定律 1. 焦耳定律 英国物理学家焦耳用近40年的时间做了400多次实验，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，即焦耳定律。 （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 （3）公式中Q = I2Rt 各量及其单位： 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） 1焦耳=1安2×1欧×1秒 2. 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。 3. 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，或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（如电炉、电热器、电熨斗等电路） 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电流做的功（消耗的电能），即Q=W。 Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R=I2Rt 上述公式适用于纯电阻电路。 ②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，所以内能＜电能。 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 4. 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=UItP=UIQ=I2Rt普遍适用推导公式W=t=I2RtP==I2RQ=t=UIt纯电阻电路 Q=W
5. 想想议议 （1）你现在明白了吗？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？ 【分析】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电线的电阻，根据焦耳定律Q=I 2Rt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。 （2）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 【分析】第一种说法，在通电时间和电压相同的情况下，根据Q=U2t/ R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=I 2Rt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。 【例题2】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 【解析】（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。 （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=U/R，可得Q=U2t/R。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。 【例题3】在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则以下关于甲、乙电热丝对应的物理量大小判断正确的是（　D　） A．R甲>R乙 B．I甲>I乙 C．U甲>U乙 D．P甲>P乙 【解析】AB．由焦耳定律Q=I2 Rt可知，电热丝放出热量与电流、电阻及通电时间有关。通电时间相同，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，但电阻大小、电流大小无法确定，故AB错误； C．电阻丝属于纯电阻电路，则Q=W=U2t/R 由于不知道两电阻的连接方式，无法判断二者电压及电阻大小，故C错误； D．根据公式Q=W=Pt可知，在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，说明甲的电功率大于乙的电功率，即P甲>P乙，故D正确。 故选D。 【例题4】某电动机上标有“220V 2A”，它的线圈电阻为5 ，当它正常工作1min后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？ 【解析】消耗的电能为：W总=UIt=220V×2A×60s=26400J 线圈中产生的热量为：Q=I2Rt=(2A)2×5 ×60s=120J 得到的机械能为：W机=W总－Q=26400J－120J=25200J 掌握焦耳定律的内容、公式及其单位。 会推导出焦耳定律。 分析找出电功与电热的区别与联系。 知道电功、电功率、焦耳定律的基本公式与推导公式及其适用范围。 进行讨论并回答引入新课时所提问题。 对于问题（2），要明确是条件不同。 做例题2，会用焦耳定律分析串并联电路中的有关问题。 做例题3与4，辨别电功与电热，会正确使用焦耳定律分析有关问题。
学习新课 三、电热的利用和防止 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。 （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。 【例题5】下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　C　） A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机 【解析】ABD．电熨斗、高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置、孵化家禽的电热孵卵机都是利用电热来为人类服务，故ABD不符合题意； C．电视机的机壳上有许多小孔是为了把各电器元件工作时产生的热量及时散失掉，即是为了防止电热危害，故C符合题意。 故选C。 列举生活中利用电热的实例。 列举生活中防止有害电热的实例。 做例题5，进一步了解电热的利用与防止。
课 堂 练 习 课 堂 练 习 1. 如图所示，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。 【答案】 热 热传递 【详解】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热效应（电流通过导体时电能转化为内能的现象）。 让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过热传递的方式改变芯片内能（热传递是由于温度差引起的热能传递现象，芯片的热量传递到散热部件）。 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 【答案】C 【详解】A．电烙铁工作时，能将电能全部转化为内能；电风扇、 电视机工作时，其消耗的电能不只是转化为内能，还会转化为机械能或光能和声能，故A错误； B．根据题意可知，三个用电器都是正常工作，实际功率等于额定功率，所以，三个用电器消耗电能一样快，故B错误； C．三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是150W，由W=Pt可知，相同时间内三个电器消耗的电能一样多，故C正确； D．电风扇工作时，电能转化为内能和机械能；电视机工作时，电能转化为内能、光能和声能；电烙铁工作时，电能全部转化为内能；且相同时间内三个电器消耗的电能相同，因此相同时间内，电烙铁产生的热量最多，故D错误。 故选C。 3. “世界皮影看中国，中国皮影看陕西！”如图所示，皮影艺人与时俱进，用电灯代替油灯作光源进行皮影戏表演。电灯工作一段时间后发烫，这是因为电流具有 效应，而与电灯连接的导线却凉凉的，这是因为灯丝的电阻 （选填“大于”“小于”或“等于”）导线的电阻。 【答案】 热 大于 绝缘体 【详解】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。电灯工作一段时间后发烫，这是因为电流具有热效应。 电流通过导体时产生的热量，与电阻的大小、通电时间和电流的大小有关，电热毯中使用的合金丝与导线串联，通过的电流相同、通电时间相同，灯丝发热，而与电灯连接的导线却凉凉的，由焦耳定律Q=I2Rt可知，灯丝的电阻大于导线的电阻。 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，小郡同学采用了如图甲、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（　　） A．U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的 B．图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电流的关系 C．图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于 D．用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象。 【答案】 D 【详解】A．U形管内液面高度变化是由容器内气体受热膨胀引起的，故A错误； B．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，探究电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关，故B错误； C．乙实验是研究电流产生的热量与电流的关系，通过它们的电流不同、通电时间都相同和电阻要相同，右边容器中的电阻要等于左边容器中的电阻5Ω，故C错误； D．图甲中两电阻串联，电阻不同，通过两电阻的电流相同，10Ω电阻产生的热量更多，电炉丝与和它相连的导线也是电阻不同，电流相同，电炉丝电阻更大，产生的热量更多，故D正确。 故选D。 5．图甲是具有“高温”、“低温”两个挡位的空气炸锅。可以不用或用少量的油炸制食物，图乙是其内部简化电路图，已知R1=44Ω，R2=88Ω。当闭合S1，断开S2时，炸锅处于 挡。空气炸锅在高温挡正常工作100s产生的热量是 J。 【答案】低温 1.65×105 【详解】由电路图可知，当闭合S1，断开S2时，电路为R1的简单电路，电路的电阻较大；当S1、S2均闭合时，R1、R2并联，电路中的总电阻较小。由P=U2/R可知，当闭合S1，断开S2时，电路消耗的电功率较小，空气炸锅处于低温挡；当S1、S2均闭合时，电路消耗的电功率较大，空气炸锅处于高温挡。 空气炸锅高温挡的功率 空气炸锅在高温挡正常工作100s产生的热量 Q=W=P高t=1650W×100s=1.65×105J 6. 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。 【答案】（1）10Ω；（2）10J 【详解】（1）如图为串联电路，滑片P在变阻器的最左端时，只有R1接入电路，电源电压为6V，电流表的示数为0.6A，R1的电阻 （2）滑片P移动到变阻器的最右端时，R1和R2串联，总电阻 电路电流 通电20s滑动变阻器产生的热量
板 书 设 计 第4节 焦耳定律 一、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。 二、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=t=UIt 适用于纯电阻电路。 （4）电功W与电热Q：纯电阻电路中Q=W，非纯电阻电路中Q＜W 三、电热的利用和防止 （1）应用：电热器。（2）防止：散热器等。
课 堂 小 结 第4节 焦耳定律
作 业
教学反思
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