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人教版
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物理
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九年级（下）
第18章
第4节
焦耳定律
学习目标-新知导入-新知探究-课堂小结-课堂达标
1.通过生活实例，认识电流的热效应。
2.能在实验的基础上推导出焦耳定律，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。
【重点】电热与电阻、电流、通电时间的关系。
【难点】焦耳定律的理解及应用。
学习目标
怎么判断有没有看电视？
新知导入
生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象。请举例说明。
新知导入
知识点
电流的热效应
1
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。
通
电
电流的热效应
新知探究
提出问题
电流通过导体产生热量的多少跟哪些因素有关？
探究：电热与哪些因素有关
新知探究
电阻丝通过导线接到电路里，通过电阻丝和导线的电流相同。为什么电阻丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？
猜想与假设
（1）电流通过锡箔纸产生热量着火
电阻
宽窄不同的锡箔纸
新知探究
（2）通过电位器改变小灯泡的亮度
电流
改变电位器的电阻
猜想与假设
新知探究
（3）电水壶烧水时间
通电时间
时间不同
猜想与假设
新知探究
进行实验
电热
—Q
实验方法
电阻—
R
电流—
I
通电时间—
t
控制变量法
转换法
实验装置
新知探究
实验1：电热与电阻的关系
R1=5Ω
R2=10Ω
A
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。
电流：I1=I2
时间：t1=t2
控制变量
电阻：R2>R1
自变量
电热：Q2>Q1
因变量
高度差：h2>h1
I1
I2
h1
h2
Q1
Q2
新知探究
（说明：视频中有三个不同电阻，可以更好地得出上述结论）
A
R1=5Ω
R4=5Ω
R3=5Ω
结论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。
电阻：R1=R3
时间：t1=t2
控制变量
电流：I1>I3
自变量
电热：Q1>Q3
因变量
高度差：h1>h3
I1
I3
h1
h3
Q1
Q3
实验2：电热与电流的关系
新知探究
结论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。
电流：I
电阻：R
控制变量
通电时间：t1自变量
电热：Q1因变量
高度差：h1h1
h2
Q1
Q2
t1
实验3：电热与通电时间的关系
新知探究
t2
1.第一次实验中，用5Ω和10Ω的电阻丝串联，目的是控制通过它们的电流和通电时间相同；第二次实验中，都采用5Ω的电阻丝，目的是控制电阻和通电时间相同。两次实验均采用了控制变量法。
2.电阻丝产生热量使空气受热膨胀，推动液体流动，使液面发生变化，这里将电阻丝产生热量的多少通过U形管中液面高度的变化反映出来，是运用了转换法
。
控制变量法和转换法的应用
特别提醒！
新知探究
典例1
用如图所示的实验装置探究“电流
通过导体产生的热量与电阻的关系”。
（1）实验中通过观察___________________
来比较电流产生的热量的多少。
（2）为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，
甲乙两瓶中要装入_____________的同种液体。
（1）使用了转换法，把电流产生的热量近似等于煤油吸收的热量，而从煤油温度的变化就可以知道煤油吸收的热量，从而比较电流产生的热量。
解析：
温度计示数的变化
质量相等
（2）煤油吸收的热量的多少：Q吸=cmΔt。只有在同种物质
质量相等时才方便由Δt比较Q吸。
新知探究
S
用如图所示的实验装置探究“电流
通过导体产生的热量与电阻的关系”。
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝的
阻值不能_______。
（4）实验结论是________________________________________________。
（5）该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与_____________的关系。
（3）实验采用了控制变量法，探究电热与电阻的关系时，保持不变的量是电流和通电时间，需要改变的量是电阻，所以这两电阻丝的电阻不能相等。
解析：
相等
在电流和通电时间相同时，
电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。
（4）实验可以得出电流通过导体产生的热量与电阻有关的结论。
（5）单独比较一个烧瓶中的电阻产生热量的变化，可以研究电阻产生的热量与通电时间的关系。
通电时间
典例1
新知探究
电流通过导体产生的热量
电阻
电流
通电时间
数量关系
Q
I
R
t
数量关系
新知探究
焦耳（James
Prescott
Joule，1818—1889），英国物理学家。用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。
焦
耳
知识点
焦耳定律
2
新知探究
（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
=
I2
R
t?
（3）单位
焦耳（J）
A
Ω
s
J
1J
=
1
A2·Ω·s
焦耳定律
新知探究
W
=
U
I
t
（适用于纯电阻电路）
W
=
t
U2
R
W
=
I2Rt
（普遍适用）
电功
电热
Q
=
I2Rt
（普遍适用）
电功与电热的关系
新知探究
Q
=
W
=
UIt
（1）纯电阻电路
电能
内能
W
=
UIt
（2）非纯电阻电路
电能
内能
其他形式的能
Q
=
I2Rt
E其他=W-Q
Q
=
W
W
>
Q
Q
=
W=Pt
=
t
U2
R
U=
IR
Q
=
W
=
UIt
=
I2Rt
新知探究
　　
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：前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同，用公式
；而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，用公式
P热=
I2R，两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。
P热=
U2
R
新知探究
典例2
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?
解析：通过电阻丝的电流为
Q
=
I2Rt
=(0.6
A)2×60
W×300
s
=
6
480
J
I
=　
=　　　=
0.6
A
U
R
36
V
60
Ω
电流产生的热量为
新知探究
知识点
电热的利用和防止
3
新知探究
用来加热
利用电热孵化器孵小鸡
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。
电热的利用
新知探究
很多用电器，如电风扇、电冰箱、电视机、洗衣机等，在工作时，电能主要转化为内能之外的其他形式的能，即消耗的电能中，只有很少一部分转化成了内能，这些用电器都不是利用电流的热效应来工作的，不是电热器
。
不是所有的用电器都是电热器
特别提醒！
新知探究
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，可以通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等。
电热的危害
新知探究
注意用电安全
新知探究
典例3
小军家的电热毯内的电阻丝断了，他爸爸把断了的电阻丝拧在一起，电热毯仍能使用，但会产生安全隐患，甚至造成火灾。其原因是（
）
A.电阻丝连接处电阻较小，造成局部过热
B.电阻丝连接处电阻较大，造成局部过热
C.电阻丝连接处电流比其他处电流小，造成局部过热
D.电阻丝连接处电流比其他处电流小，造成局部过热
解析：电阻丝连接处和其他处是串联在一起的，所以电流相等。但接线处的电阻丝是简单拧在一起的，会由于接触不良导致接线处电阻较大，根据焦耳定律Q
=
I2Rt可知，电流和时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。故答案是B。
B
新知探究
电流的热效应
影响电热的因素
电阻
电流
通电时间
焦耳定律
电热的利用和防止
Q=I2Rt
课堂小结
1.家庭电路中各用电器是______联的，铭牌上标有“220V
100W”的电视机和电热毯都正常工作1h，则_______产生的热量较多。
并
电热毯
课堂达标
2.2019年，中国青年科学家曹原证实了石墨烯在特定条件下的超导性能，取得了国际超导科研领域的重大突破。利用石墨烯超导的零电阻特性进行远距离输电，将实现电能零耗损。其节能依据的原理是（　　）
A．牛顿第一定律
B．帕斯卡定律
C．欧姆定律
D．焦耳定律
D
课堂达标
课堂达标
3.下列实例是防止电热带来危害的是（　　）
A．及时冷却数据中心的电脑服务器
B．用电热壶烧水
C．用电熨斗熨衣服
D．家电长时间停用，隔一段时间应通电一次
A
4.甲、乙两段导体通电时间相同，甲的电阻是乙的3倍，甲、乙产生的热量之比是4∶3，则通过甲、乙两导体的电流之比是（
）
A．
2∶3
B．
2∶1
C．
9∶2
D．
3∶2
A
课堂达标
5.如图所示，利用R1=5Ω、R2=10Ω的两段镍铬合金
丝探究电流产生的热量跟哪些因素有关，其中两
个透明的容器中密封了等量的空气，对此实验，
下列说法正确的（
）
A.实验中通过观察U形管两侧液面高度差来判断电流产生热量的多少
B.容器和U形管必须密封好，装有带色水的U形管是连通器
C.若R1、R2两段镍铬合金丝的长度相同，R1的横截面积比R2小
D.本实验可得结论：在通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多
A
课堂达标
6.某同学组装了一台直流电动机模型，他将电动机模型接入如图所示的电路中，已知电源电压U=3V，并保持不变，接通电路后，电动机没转动时，电流表读数为2A；电动机正常转动时，电流表读数为0.8A。则该电动机正常转动10min时，
求：（1）消耗的电能；（2）线圈产生的热量。
A
S
M
解析：
（1）工作时间t=10min=600s，电动机正常转动时的电流：I=0.8A，
电动机正常运转时消耗的电能：W=UIt
=3V×0.8A×600s=1440J。
课堂达标
（2）电动机没转动时，电能会全部转化为内能，此时电动机的线圈为纯电阻，由I=U/R可得，线圈的电阻：
；
则在电动机正常运转时，电流通过线圈产生的热量：
Q=I2Rt
=(0.8A)2×1.5Ω×600s
=
576J。
R
=
=
=
1.5
Ω
U
I
3
V
2A
6.某同学组装了一台直流电动机模型，他将电动机模型接入如图所示的电路中，已知电源电压U=3V，并保持不变，接通电路后，电动机没转动时，电流表读数为2A；电动机正常转动时，电流表读数为0.8A。则该电动机正常转动10min时。
求：（1）消耗的电能；（2）线圈产生的热量。
A
S
M
课堂达标

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