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18.4-焦耳定律

学习目标:能够知道电流的热效应，能够掌握焦耳定律
学习重点：探究影响电热的因素，从而总结出焦耳定律
学习过程
一：电流的热效应
自学：看书、思考回答下列问题。
1.电油汀、电饭锅、电熨斗、电炉这些用电器有什么共同特点？
????????????????????????????????????????????。
2.电流的热效应：??????????????????????????????????????????????????。
二：焦耳定律
对学群学：小组内讨论回答下列问题，班内展示。
1．想想议议：电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？???????????????。家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾，这又是为什么？??????????????????????。
2．提出问题: 电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关?
3．猜想：电流通过导体时产生热的多少可能与???????????????????????有关，说出支持自己猜想的理由。??????????????????????????????????????????????????????????????
【自学指导】
自学教材第99页和第100页的两个演示实验后，小组内交流完成下列问题
①电流通过导体时产生热量的多少与电阻、电流、通电时间等多个因素有关，应用???????????法来研究。
②由于电流通过导体产生热量的多少不易直接进行观察比较，实验中将两个透明密封容器中电阻丝通电后产生热量，容器中空气受热膨胀，推动U形管中红色水柱上升，水柱高度变化越大，电阻丝产生热量越多，应用了???????????????法的科学思想。
③实验1：研究电热与电阻的关系时（如甲图所示），需要控制???????????和???????????相同，改变??????????，所以要把这两个电阻????????联（填串或并）接入电路，观察????????????。


实验2：研究电热与电流的关系时（如乙图所示），需要控制????????和????????，改变????????，所以要在两个容器中接入相同的电阻，并且在其中一个容器的外部??????联（填串或并）上一个等大的电阻来分流，观察?????????????。
4．实验探究和分析论证：（注意观察演示实验后，小组内交流完成下列问题）
实验1：研究电热与电阻的关系（如甲图所示）
①实验现象:给电阻通电后，观察到电阻?????????????????（填大或小）的U形管中红色水柱高度的变化大，这说明电阻越大产生的热量越?????（填多或少）。
②实验结论：在????????????和???????????相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越????????。
实验2：研究电热与电流的关系（如乙图所示）
①实验现象:给电阻通电后，其中I1>I2,观察到电流????????（填大或小）的U形管中红色水柱高度的变化大，这说明电流越大产生的热量越???????（填多或少）。
②实验结论：在??????和??????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?????。
③由上面实验和生活积累可得出电热与通电时间的关系
结论：在电阻和电流相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量?????。??
5.总结：（1）英国物理学家焦耳做了大量实验表明：电流通过导体产生的热量跟???????????????成正比，跟????????成正比，跟???????????成正比。这个规律叫做焦耳定律。公式为：?????????????????
（2）单位：I-?????，R-?????，t-?????，Q-?????。
（3）公式推导:电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即?????????????????????。
三：例题训练与展示
例题：一根?60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量?
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四、达标练习
1．标有“220V 40W”电热器安装在220V的电路中，工作100s后，所消耗的电能是????????J，通过电热器的电流是???????A，产生的热量是?????????J。
2．下列电器中，不属于电热器的是 （ ??）
A．电饭锅 ???　　 ?B.电熨斗　　　　　C.电风扇 ?????　　 D.电烤炉
3．家庭电路使用的电炉，电炉丝与导线是串联的，当电炉丝发热发红时，连接导线却不热，这是因为（ ??）
A.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流大　B.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流小
C.电炉丝两端电压比连接导线两端电压小　　D.电炉丝的电阻比两节导线的电阻大
4．某导体的电阻是2欧姆，通过2A的电流时，1分钟产生多少焦耳的热量？
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5．小宇同学按如图所示的装置，研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系”。图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温度，两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，铜丝的电阻比镍铬合金丝的电阻小。

①闭合开关后，通过两段金属丝中的电流是????????。
②一段时间后，可观察到A瓶中温度计的示数??????????（填“大于”、“小于”或“等于”）B瓶中的温度计的示数。
③由上述实验可知，在电流和通电时间都相同时，导体电阻越大，产生的热量?????????????。
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【物理学史】
焦耳是应该物理学家。1818年12月24日诞生与应该曼彻斯特附近索尔福德的一个酿酒厂老板的家庭。从童年时代起，焦耳就在家里接受父母的启蒙教育，后来一边跟父亲学习酿酒技术一边自学。1834年，父亲把年近七十的著名化学家道尔顿请到家里，给十六岁的焦耳当家庭教师，指导他学习初等数学、自然哲学、化学。从1837年开始，焦耳对物理学产生了浓厚的兴趣。1839年，他把酿酒厂的一间房子布置成实验室，在里面做了一系列物理实验，取得了不少重要的成果，为他建立“热的动力学说”打下了坚实基础。
焦耳在物理学中的主要贡献是第一次提出了机械功和热等价的概念，精准测定了热功当量，为发现和建立能量守恒定律作了奠基性的研究。
焦耳是一位主要靠自学成才的伟大科学家，他对物理学做出重要贡献的过程却不是一帆风顺的。当时许多物理学家对焦耳测出热功当量值抱怀疑甚至反对态度，英国伦敦皇家学会拒绝发表他的论文，报纸对他的演讲也不予理睬。为了证明这个发现是成功的，焦耳以极大的毅力，采用不同的方法，长时间地反复进行实验，从1849年到1878年，焦耳反复作了四百多次实验，所得的热工当量值和现在公认值相比，只小0.7%。焦耳用惊人的耐心和巧夺天工的技术，在当时的实验条件下，测得的热工当量值能够在几十年见不作比较的大修正，这在物理学史上也是空前的。汤姆逊称赞说：“焦耳具有从观察到的极细微的效应中作出重大结论的胆识，具有从实验中逼出精度来的高度技巧，充分得到人们的赏识和钦佩。”
焦耳于1889年8月11日在英格兰紫郡的赛尔去世，终年71岁。后人为了纪念他，把能量的单位命名为焦耳，简称“焦”。
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