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中物理
6.3 焦耳定律
第六章 电功率
初中物理教科版（2024）九年级上册
2
能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。
3
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
教学
重点
教学
难点
① 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。
① 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。
教学重难点
生活中的物理
用手摸一下电视机后盖
谁知道妈妈是根据什么道理判定的吗？
周六，妈妈出门前嘱咐儿子好好写作业，不要看电视。当妈妈回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。 可是 ，后来发现儿子说了谎。
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。
你有类似的经历吗，这个故事对你有什么启示？
动手做 自制灯泡：
电饭煲
电热水壶
电熨斗
电烤箱
电取暖器
电热水器
利用电流的热效应工作的电器叫作电热器。
一、电流的热效应
　　 电热器里的电热丝和导线通过电流相同，为什么电热丝热得发红，而导线却几乎不发热
1、电流流过导体时，导体就要发热，这种电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。
【反馈】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
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
C
提出问题
2、实验探究：电流产生的热量与什么因素有关？
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关
跟电阻大小
有关
合理猜测1
着火了！
why ？
合理猜测2
跟电流、时间有关有关
实验方法：
实验目的：
研究电流通过导体产生的热量Q 跟电流大小I，电阻R和通电时间t的关系。
设计实验：
1、如何在实验中展示出电流产生的热量Q的多少？
2、如何控制电流大小I相同？
3、如何控制电阻R的大小不变？
4、通电时间t比较好控制。
转换法
制定计划
控制变量法
每次只改变其中的一个因素，而控制其余几个因素不变。
液体吸热，观察升高的温度；
气体吸热膨胀，观察膨胀程度；
电阻丝
管中液面被推得越高说明电阻丝产生的热量越多。
密封的空气受热会膨胀，从而推动U型管中液面上升。
密封
的空气
实验装置
结论：在电流、通电时间相同时，阻值 的电阻产生的热量多。
实验验证1
大
探究一：产热多少与电阻大小的关系（R1>R2)
结论：在通电时间、电阻相同时，电流越 的产生的热量多。
大
实验验证2
探究2：产热多少与电流大小的关系(I1>I2)
结论：在电流、电阻相同时，通电时间 的产生的热量多。
实验验证3
长
探究三：产热多少与通电时间的关系（t1>t2)
电流通过导体所产生的热量（越多）
电流的大小 电阻的大小 时间长短
↓ ↓ ↓
越大 越大 越长
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。
【反馈】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
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（ ）
C
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
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
如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置。
（1）在实验中两密闭容器内的空气质量应该______（选填“相等 “或“不相等”），实验中通过观察__________变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。
相等
液面高度
【变式】
（2）图甲中的两个电阻丝采用串联的连接方法，目的是使通过两个电阻丝的_________。该装置可用来探究电流通过电阻丝产生的热量与_____的关系。
（3）采用图乙实验装置，可以得出结论：在_____和通电时间相同时，_____越大电流产生的热量越_____（选填“多”或“少”）。
（4）该实验中用到了_________法和转换法。
（5）若通电一段时间后，发现其中一个U形管液面高度几乎不变其原因可能是_________。
I、t 相等
电阻
电阻
电流
多
控制变量
气密性差
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”。烧瓶中铜丝电阻小于镍铬合金丝电阻。
（1）实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察__________反映出来的。 这里采用的物理研究方法是_____法。
温度计示数
转换
（2）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，A、B两瓶中要装入______相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容______（选填“大于”、“等于”或“小于”）水的比热容。
质量
小于
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”。烧瓶中铜丝电阻小于镍铬合金丝电阻。
（3）通电一定时间后，可以看到_____瓶中煤油温度升得高，这表明在相同时间内，电流相同的情况下，导体的电阻越_____， 电流通过导体时产生的热量越多。
B
大
（4）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值_____（选填“相同”或“不同”）的电阻丝，就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。
相同
1.内容：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.公式： Q = I2Rt
3.单位：I-安，R-欧，t-秒，Q-焦.
注意：热量跟电流的平方成正比，若通过一个用电器的电流增加到3倍时，它产生的热量增大到 倍
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英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确地确定电热跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律.
二、焦耳定律
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。
5.讨论（1）：
在纯电阻电路(电热器电路)中，电流通过导体时，消耗电能全部转化为热，而没有同时转化为其他形式的能量，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。
即:Q=W
UIt
I 2Rt
=
例题1：如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻丝R1的阻值为10Ω。当开关S闭合后，电压表的示数为2V，电流表的示数为0.4A。求：
（1）通电10s电阻丝R1产生的热量；
（2）电源两端的电压。
下面各种用电器的额定功率均为100W，当它们都正常工作时，单位时间内电流产生热量和做的电功说法正确的是（ ）
B
Ａ：因为功率相同，所以产生热量和所做的电功都相等。
Ｂ：电饭煲产生的热量最多，做的电功都相等。
Ｃ：电饭煲产生的热量最多，做的电功也最多。
Ｄ：电饭煲和LED灯产生的热量和所做电功一样多。
1、电扇 2、LED灯、3、电饭煲 4、电脑
【变式训练2】
5.讨论（2）：
在非纯电阻电路中，电流通过导体时，消耗电能一部分转化为热，同时另部分转化为其他形式的能量，电流产生的热量Q就小于消耗的电能W。
即:QW=Q+W其他
UIt=I2Rt+W其他
例题2：现有一台电动机，当电动机两端加220V电压时，通过电动机线圈的电流为50A，线圈的电阻是0.4Ω。求：
（1）每分钟该电动机消耗的电能；
（2）线圈每分钟产生的热量；
（3）这台电动机将电能转化为机械能的效率为多少？
解（1）每分钟该电动机消耗的电能：W总=UIt=220V×50A×60s=6.6×105J；
（2）线圈每分钟产生的热量：Q=I2Rt=（50A）2×0.4Ω×60s=6×104J；
（3）每分钟该电动机正常工作时电能转化为的机械能：
W有用=W总-Q=6.6×105J-0.6×105J=6×105J
某电动机线圈的电阻为 R，正常工作时两端的电压为 U，通过的电流为 I，则该电动机工作时，输出的最大机械功率为多少（ ）
A.UI B.I 2R C.UI- I 2R D.UI + I 2R
C
【变式训练3】
一电动机线圈的电阻为1Ω，线圈两端所加电压为2V时，电流为1A，电动机正常工作。
（1）电动机正常工作时的能量转化？
（2）电动机正常工作1min所消耗的电能为多少J？
（3）电动机正常工作1min所产生的电热为多少J？
（4）电动机正常工作1min所提供的机械能为多少？
（5）如果想让电动机的电能全部转化为内能，可以怎样实施？
理性探究焦耳定律
对于非纯电阻电路：计算电热只有一个公式：Q=I2Rt
计算电能只有一个公式：W=UIt
计算机械能只有一个公式：W机械=W—Q
例题3 某小电动机正常工作时的电压为12V，正常工作时的电流为2A，经检测，该电动机的绕线电阻为2Ω。
求（1）该电动机正常工作5S产生的热量Q
（2）该电动机的效率。
解（1）电动机正常工作5S产生的热量:
Q=I2Rt=（2A）2×2Ω ×5S=40J
（2）电动机5S内做的电功: W=UIt=12V×2A×5S=120J
其中机械功： W机=W-Q=120J-40J=80J
机械效率：η=W机/W=80J/120J=66.7%
【变式训练4】 某电动机标有“6V1A”字样，能在10S内将质量为1Kg的砝码提升4.8米，求（1）该电动机的效率（2）电动机的电阻R
解：（1）η=W机/W电=Gh/UIt
=(1Kg×10N/kg×4.8m)/(6V×1A×10s) =80%
（2）因为电动机是非纯电阻电路，所以
Q=W×20%=(6V×1A×10s) ×20 %=12J
R=Q/I2t=I2J/(1A)2 ×10S=1.2Ω
1.电热器: 利用电流做功将 能转换为 能的装置.
2.电热器的原理:
利用电流的 制成的加热设备。
电热器主要组成部分是 。它是由电阻率 。熔点 的合金丝制成
的加热设备。
电
内
热效应
发热体
大
高
制电热器（要求电热丝材料电阻率大、熔点高）
制白炽灯（螺旋状（R大）高熔点（3000度）的钨）
制保险丝（要求保险丝材料电阻率大、熔点低）
三、电热的利用与危害
无用的电流热效应应尽量减少
3、电热的利用与预防
导线上的热损耗应尽量减少。
家用导线一般用电阻率很小的铜或者铝导线
电路板中，用铜箔或者银箔做导线，减小电阻。
高压导线又都是采用升高电压减少电流的方法来减少热损耗。
有些电器加装风扇或者散热片、散热孔。
1、当0.2安的电流通过一金属线时产生的热量为Q1，若使通过的电流增加到0.4安时，在相同的时间内产生的热量为Q2，那么Q2是Q1的
　(　　　 )A、2倍　 B、4倍 C、0.25倍　 D、0.5倍
B
2、两个电热器的电阻之比为4︰3，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为____；若两个电热器的电阻相同，通过的电流强度为1︰3，在相等的时间里产生的热量之比为______。
4︰3
1︰9
3、某电热器电阻丝的电阻是2欧，当1安的电流通过时，1分钟产生的热量是多少焦？
解：Q= I2Rt=(1A)2 × 2Ω × 60S=120J
课堂反馈
4、为了研究温度对种子发芽的影响,课外活动小组要做一只电烘箱,要求在10min内产生6×104J的热量,接用的是家庭电路,请计算一下这只电烘箱电热丝的电阻是多少
解：因为是纯电阻电路，所以
Q=W= I2Rt=U2 /R×t
即： R=U2 /Q×t
=(220V)2 / (6×104J )×10 × 60S
=484Ω
制作一台泡沫板切割机
泡沫板熔化温度约160℃。请使用下列材料制作一台通过加热电阻丝切割薄泡沫板的小工具。
制作材料:直径较细的金属丝(镍铬合金丝或不锈钢丝，直径0.2~0.5 mm)、电源(学生电源或多节干电池)、开关、导线、木棍等。
注意:制作时需要戴手套，避免受伤。
家庭实验室
电热 Q 与电功 W 之间的关系:
纯电阻电路：
电能 → 内能
Q=W
电功：
适用于所有电路
只适用于纯电阻电路
非纯电阻电路：
其他形式的能
电能
内能
W > Q
总 结
焦耳定律：
下 课
Thanks!
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