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(共33张PPT)
第十五章　电功和电热
第三节 电流的热效应　焦耳定律
(案例一)
1.导体中有电流通过时会发热,电能转化为____能,这种现象称为电流的热效应。生活中_______________________, (举出一例即可)是利用电流的热效应工作的。_____________________
________________(举出一例即可)是防范电流热效应危害的。
2.电流通过导体产生的热量与__________成正比,与导体的______成正比,与__________成正比。这个规律叫作焦耳定律,用公式表示为Q=________,单位是______。
预习清单
内
电烙铁(不唯一,合理即可)
电动机上的散热风扇
(不唯一,合理即可)
电阻
电流的平方
通电时间
I2Rt
J
3.纯电阻电路中,电能几乎全部转化为______能,此时热量_______(选填“等于”或“不等于”)电功;非纯电阻电路(如电动机)中,电能一部分转化为_________能,一部分转化为其他
形式的能,此时计算热量只能用公式________。
预习清单
内
等于
内
Q=I2Rt
4.“探究影响电流热效应的因素”的实验中,用________(填物质名称)的温度变化反映导体产生热量的多少,这种方法叫作________ 法;探究“电阻对热量的影响”时,需控制________和 ________不变,改变电阻的阻值,这种方法叫作________法。
预习清单
转换
电流
通电时间
控制变量
煤油
课程导入
新能源汽车电池、手机CPU工作时都会发热,这其实是电流通过导体产生热量的现象,物理学中称之为电流的热效应。
课程导入
生活中,适量的电热或许有用,但温度过高会损坏设备,甚至引发安全问题。要科学地控制这些设备的温度,就必须知道电流产生的热量与哪些因素有关,遵循了什么规律。
电流产生的热量遵循焦耳定律,掌握了焦耳定律,不仅能解释生活中的发热现象,未来还能参与设计更高效的散热技术,让科技产品更安全、更耐用。
任务一：电流的热效应
任务一：电流的热效应
小组讨论：这些场景的共同点是什么 这种能量是由什么能量转化而来的
电流通过导体并产生了内能(热量),本质都是“电能转化为内能”,我们把这种现象称为电流的热效应。
引导：现在请大家结合生活现象,分别举出“利用电流热效应”和“防范电流热效应”的实例。
任务一：电流的热效应
提问：给充电宝充电时,它会轻微发热,这属于电流热效应的利用还是危害 为什么
充电宝的核心功能是将电能转化为化学能储存起来,发热是额外损耗,需要通过外壳散热,属于电流热效应的危害。
任务一：电流的热效应
【学法指导】
判断“是利用还是危害”,关键看“发热是否为设备的核心用途”——核心用途是产生热量(如电熨斗),就是利用;发热是无用损耗(如充电宝),就是危害。
任务二：探究影响电流热效应的因素
为什么手机玩游戏时比待机时烫 为什么新能源汽车快速充电时比慢速充电时电池温度升高得快 大家觉得导体发热的多少可能与哪些因素有关
猜想：电流大小、通电时间、导体电阻。
任务二：探究影响电流热效应的因素
设计实验：要验证“电流影响发热”,需要控制哪些量不变 如何直观判断产生热量的多少
需要控制电阻、通电时间不变,用“等质量煤油的温度变化”反映产生热量的多少———产生的热量越多,煤油温度升高得越明显(转换法);用滑动变阻器改变电流,保证电阻不变(控制变量法)。
任务二：探究影响电流热效应的因素
实验电路图
任务二：探究影响电流热效应的因素
连接电路：
①将R1与滑动变阻器串联,将R2直接接电源,用开关控制两电路同步通电。
②调节滑动变阻器,使电阻R1所在电路中的电流为0.5 A,电阻R2所在电路中的电流为1 A。
③同时按下秒表,通电5分钟,每隔1分钟记录一次“温度贴纸的温度和对应的颜色”,填写在“实验数据记录表”中。
任务二：探究影响电流热效应的因素
电流为1 A时,温度贴纸的颜色从浅红到深红,温度从25 ℃到45 ℃;电流为0.5 A时,温度贴纸的颜色从浅红到浅橙,温度从25 ℃到30 ℃”
电流大的电路,温度贴纸的颜色更深、温度更高,这说明了什么
电阻、时间相同时,电流越大,异体产生的热量越多。
任务二：探究影响电流热效应的因素
电流为0.5 A时,5分钟温度变化5 ℃;电流为1 A时,5分钟温度变化20 ℃。
提问：电流从0.5 A 变成1 A,翻倍了,温度变化从5 ℃变成20 ℃,变成了4倍,这说明热量与电流之间有什么关系
热量与电流的平方成正比。
任务二：探究影响电流热效应的因素
补充演示“电阻影响电流热效应”的实验：采用如图所示的实验电路,通电5分钟,观察实验现象。
任务二：探究影响电流热效应的因素
结论：电流、通电时间相同时,电阻越大,导体产生的热量越多。进一步分析可知,导体产生的热量与电阻成正比。
任务三：学习焦耳定律
1.定律来历与公式记忆
1840年,英国物理学家焦耳通过大量实验总结出电流热效应的规律———焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比,与导体的电阻成正比,与通电时间成正比。
计算公式：Q=I2Rt。
各物理量的单位：I—安培(A);R—欧姆(Ω);t—秒(s);Q—焦耳(J)。
任务三：学习焦耳定律
2.公式应用与电路类型区分
例题1：某电热器接入220 V的电路中正常工作时,其发热体的电阻为55 Ω。求该电热器在20 min内产生的热量。
分析：根据已知条件,可以先由欧姆定律计算出通过发热体的电流,再由焦耳定律计算出电热器在20 min内产生的热量。
任务三：学习焦耳定律
解答：通过发热体的电流I===4 A,
该电热器在20 min内产生的热量Q=I2Rt =(4 A)2× 55 Ω× 20×60 s=1.056×106 J。
任务三：学习焦耳定律
本题可以按照Q=W=UIt的思路求解吗
提示：纯电阻电路中,电能全部转化为内能,此时Q=W=UIt。
例题2：手机CPU 线圈的电阻为2 Ω,工作时电流为1 A,通电10 s产生多少热量
思考：能否用Q=UIt 计算
任务三：学习焦耳定律
总结：CPU工作时,电能大部分转化为光能、机械能(数据处理),少部分转化为内能,故此时,仅能用Q=I2Rt 计算产生的热量,可得Q=(1 A)2×2 Ω×10 s=20 J。
提示：非纯电阻电路中,只能用Q=I2Rt计算产生的热量。
任务三：学习焦耳定律
为什么新能源汽车快速充电时,电池散热风扇会高速转动
快速充电时电流大,根据Q=I2Rt可知,此时产生的热量快速增多,为防止发生危险,需要风扇加速转动来快速散热。
如果手机CPU的电阻变大,在相同电流和时间下,发热会变多还是变少 为什么
变多,因为电流通过导体产生的热量与电阻成正比。
任务四：应用焦耳定律解决科技产品的散热问题
(1)手机背部的“石墨烯散热片”。
(2)新能源汽车电池组的“液冷散热系统”。
任务四：应用焦耳定律解决科技产品的散热问题
石墨烯散热片通过快速传递热量,减少局部热量堆积;液冷散热系统通过循环冷却液带走热量,降低导体温度——本质都是通过“减少热量停留”,避免温度过高,符合“控制热量危害”的需求
任务四：应用焦耳定律解决科技产品的散热问题
“迷你应用题”：某新能源汽车电池充电时,电流为
10 A,电池线圈电阻为0.5 Ω,通电1 min产生多少热量 若散热系统未及时工作,会有什么风险
Q=(10 A)2×0.5 Ω×60 s=3 000 J。
风险：热量过多会导致电池温度升高,可能损坏电池或引发安全问题。
核心总结
1.电流通过导体时,电能转化为内能,这种现象称为电流的热效应。
2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比,与导体的电阻成正比,与通电时间成正比。公式为Q=I2Rt,I、R、t的单位分别统一为A、Ω、s,Q的单位为J。
核心总结
纯电阻电路(如电热器)中,电能几乎全转化为内能,可灵活用Q=UIt或Q=I2Rt计算热量;
非纯电阻电路(如电动机)中,电能仅部分转化为内能,只能用Q=I2Rt计算热量,不可误用Q=UIt。
1.如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置,两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。
课堂评价
(1)连接好电路后闭合开关,通电一段时间,观察到右侧液面高于左侧液面,如图甲所示,表明在电流和通电时间相同的情况下,______越大,产生的热量越多。
(2)如图乙所示,R3与R2并联,目的是探究在电阻和通电时间相同的情况下,电流通过导体时产生的热量与______的关系。
课堂评价
电阻
电流
2.如左图所示的煎饼锅具有高温和低温两个挡位,如右图所示是其内部简化电路图。处于高温挡时,煎饼锅的加热功率为938 W,则R1=_______Ω;处于低温挡时,煎饼锅的工作电流为1 A,通电1 min产生的热量为__________J。
课堂评价
51.6
1.32×104
3.某导体的电阻为20 Ω,通过的电流为2 A,通电时间1 min产生多少焦的热量
课堂评价
根据焦耳定律公式可知导体产生的热量Q=I2Rt=(2 A)2 ×20 Ω×1×60 s=4 800 J。

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