九年级物理（第十八章 电功率）第4节 焦耳定律（人教版 学习、上课课件）

第4节焦耳定律第十八章电功率 逐点导讲练课堂小结作业提升学习目标课时讲解1课时流程2电流的热效应焦耳定律电热的利用和防止 知识点电流的热效应知1－讲感悟新知11.电流的热效应电流通过导体时电能转化成内能的现象。2.探究电热的影响因素(1)实验方法：转换法、控制变量法。•••••••• 知1－讲感悟新知实验详解●转换法：通过U形管两边液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，从而反映电阻产生热量的多少。●控制变量法：实验一是通过串联保证电流相同；实验二中，左边容器内电阻中电流是右边容器内电阻中电流的2倍，探究电热与电流的关系。 知1－讲感悟新知(2)实验方案设计实验一：如图1甲所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与导体电阻的关系。实验二：如图1乙所示，探究电流通过导体时产生热量的多少与电流的关系。 知1－讲感悟新知(3)实验结论实验一结论——在电流相同、通电时间相同的情况下，阻值越大的电阻产生的热量越多。实验二结论——在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过的电流越大的电阻产生的热量越多。在两次实验过程中，随着加热时间的延长，U形管两边液面的高度差增大，表明在电流大小、电阻大小相同时，通电时间越长，电阻产生的热量越多。 知1－讲感悟新知特别提醒实验中用电阻丝对空气加热可以缩短实验时间，并会使实验现象更加明显。实验中应使两容器密闭且封闭等量的空气，不能漏气。 感悟新知知1－练[中考·广东]用如图2所示的装置做“探究电流相同时，通过导体产生的热量与电阻大小的关系”的实验。(甲、乙是完全相同的密闭容器，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平)例1 感悟新知知1－练(1)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面的________来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的探究方法是______。(2)通过对比观察，______(填“甲”或“乙”)容器中导体产生的热量较多。由此可知，在电流和通电时间相同时，电阻越______，导体产生的热量越多。高度变化转换法乙大 感悟新知知1－练解题秘方：对比图文信息，读图也能得出答案。解析：通过情景观察可以发现，两电阻丝串联，即保证电流相等，探究电热与电阻的关系，再观察U形管液面高度的变化情况，哪一侧液面高度变化大，哪一侧容器中电阻丝在相同时间产生的热量多。技巧点拨：在探究电流产生的热量与电阻的关系时，要保证电流大小和通电时间相同。其中，保持电流大小相同的方法是将两个电阻串联。 感悟新知知1－练1-1.如图3所示，两个密闭容器中接入电热丝R1、R2，右边容器上方接入电热丝R3，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。 感悟新知知1－练本实验是根据______(填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少，已知R1=10Ω，R3=6Ω，为了研究电流产生的热量与电流的关系，则R2=______Ω。若将R3和R2并联接入右边密闭容器中，则可研究电流产生的热量与______的关系。气体10电阻 知识点焦耳定律知2－讲感悟新知21.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。 知2－讲感悟新知2.焦耳定律公式及各物理量单位公式Q=I2Rt物理量及单位电流IA电阻RΩ通电时间ts热量QJ 知2－讲感悟新知(1)公式的意义：公式反映的是电流通过导体时产生热效应的规律，定量地揭示了电能转化为内能的规律。(2)适用范围：公式是由实验总结出来的，只要是电流所产生的热量，都可以利用这一公式进行计算。 知2－讲感悟新知3.在纯电阻电路中，电热与电阻的关系(1)在只有R1和R2的串联电路中，电热与电阻成正比，即Q1∶Q2=R1∶R2；(2)在只有R1和R2的并联电路中，通电时间相同时，电热与电阻成反比，即Q1∶Q2=R2∶R1。多用于定性比较两用电器相同时间产生的热量。 知2－讲感悟新知拓展延伸电功(或消耗的电能)与电热间的关系：电功和电热的计算公式分别为W=UIt、Q=I2Rt，均适用于所有电路。在纯电阻电路中，由于电能全部转化为电热，所以W=Q。在非纯电阻电路中，电能只有一部分转化为电热，即W＞Q。 感悟新知知2－练[中考·新疆]如图4所示的电路中，R1=2Ω，R2=4Ω，闭合开关S后，电流表的示数为0.5A。求：例2 感悟新知知2－练(1)电路的总电阻；解题秘方：本题用到串联电路电阻的规律、欧姆定律公式和焦耳定律公式。(1)串联电路的总电阻等于各分电阻之和，据此求出电路的总电阻。 感悟新知知2－练解：由电路图可知，R1、R2串联，电流表测电路中的电流，电压表测电源电压。(1)电路的总电阻R=R1+R2=2Ω+4Ω=6Ω。 感悟新知知2－练(2)电压表的示数；解题秘方：运用欧姆定律公式变形得U=IR，可求出电压表示数。解：电压表的示数U=IR=0.5A×6Ω=3V。 感悟新知知2－练(3)电阻R2在1min内产生的热量。解题秘方：运用焦耳定律Q=I2Rt，可求出热量的多少。解：t=1min=60s，电阻R2在1min内产生的热量Q=I2R2t=(0.5A)2×4Ω×60s=60J。 感悟新知知2－练2-1.[中考·金昌]如图5所示，电源电压为9V且保持不变。闭合开关后，电流表A1的示数为0.4A，电阻R2=15Ω。求： 感悟新知知2－练(1)电流表A2的示数；解：R1、R2并联，电流表A1测量通过R1的电流，电流表A2测量干路电流。(1)由并联电路电压特点可知，R2两端的电压U2＝U＝9V，流过R2的电流I2＝＝＝0.6A，根据并联电路电流特点可知，干路电流I＝I1＋I2＝0.4A＋0.6A＝1A，即电流表A2的示数为1A。 感悟新知知2－练(2)1分钟内，电阻R2上产生的热量。解：1分钟内，电阻R2上产生的热量Q2＝I22R2t＝(0.6A)2×15Ω×1×60s＝324J。 感悟新知知2－练[中考·杭州]密闭房间里有一台规格为“220V800W”的取暖器，闭合开关使其正常工作30min。例3解题秘方：紧扣取暖器消耗的电能W与产生的热量Q间的关系。只有在纯电阻电路中，电热Q和电功W才相等。 感悟新知知2－练(1)该取暖器消耗的电能为多少焦耳？解：正常工作30min取暖器消耗的电能为W=Pt=800W×60×30s=1.44×106J。 感悟新知知2－练(2)若房间里空气质量为45kg，取暖器放出热量的15%被空气吸收，则房间里空气温度升高了多少摄氏度？［空气的比热为1000J/(kg·℃)］解：取暖器放出热量的15%被空气吸收，即Q吸=15%Q放=15%W=0.15×1.44×106J=2.16×105J；由Q吸=cmΔt得，Δt===4.8℃。 感悟新知知2－练3-1.[中考·天津]额定功率为3000W的电热水器正常工作时，把质量为60kg的水从20℃加热到70℃。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，不计热量损失，求： 感悟新知知2－练(1)水吸收的热量。解：使水温由20℃升高到70℃，水需要吸收的热量为Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×60kg×(70℃－20℃)＝1.26×107J。 感悟新知知2－练(2)加热所需要的时间。解：不计热量损失，电热丝所产生的热量全部被水吸收，由Q放＝Q吸＝W＝Pt得，加热所需要的时间t＝＝＝＝4200s。 知识点电热的利用和防止知3－讲感悟新知31.电热器的工作原理：电流的热效应。2.电热器的主要结构：发热体。发热体是由导电性差、熔点高的电阻丝绕在绝缘体材料上做成的。其中，绝缘体材料可将电阻丝与电热器的外壳隔开，防止触电和漏电。 知3－讲感悟新知3.常见家用电热器：电饭煲、电烙铁、电烤箱等。4.电热器的优点：清洁卫生；效率高；可以方便地控制和调节温度。5.电热的危害(1)由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器。(2)造成电能输送过程中的电能损失。 知3－讲感悟新知6.防止电热危害的方法(1)安装散热风扇；(2)安装散热片；(3)安装散热窗。 知3－讲感悟新知延伸拓展照明灯工作时的能量转化：白炽灯工作时，电能转化为内能，灯丝的温度升高，达到发光的程度，因此，电能转化为内能和光能。LED灯的原理与其不同，LED灯是利用半导体材料的特性，让电能直接转化为光能，不用先转化为内能。白炽灯将电能转化为光能的大致比例为10%，一般节能灯的发光效率为30%，所以使用节能灯可大大节约电能。 感悟新知知3－练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.电脑机箱内有小风扇C.电动机外壳有许多散热片D.家电长时间停用，隔一段时间应通电一次例4 感悟新知知3－练解题秘方：结合各种用电器具体作用来分析。解析：电视机上的散热孔，电脑机箱内的小风扇，电动机外壳上的散热片，都可以加速散热，从而防止电热的危害。家电长时间停用，隔一段时间通电一次，是利用电热驱潮，避免家用电器因受潮而损坏。 感悟新知知3－练技巧点拨：熟悉各种常见用电器的作用，依据使用目的分析用电器工作时的能量转化，进而判断该用电器是利用电热还是防止电热可能带来的危害。答案：D 感悟新知知3－练4-1.[中考·无锡]如图6所示的是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为5V，电热丝R阻值为1Ω。闭合开关S，电热丝温度升高，利用电流的______效应实现高温封口，3s内产生的热量为______J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以______(填“增大”或“减小”)电热丝的阻值。热75增大 焦耳定律电热影响因素焦耳定律利用和防止