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(共45張PPT)
第十五章 電能和電功率
15.4 探究焦耳定律
滬粵版 新課
新課導(dǎo)入
小明的爸爸出門前囑咐他好好寫作業(yè)，不要玩電腦。爸爸回來(lái)時(shí)看到他在認(rèn)真寫作業(yè)，電腦也沒(méi)打開(kāi)，很高興，可是用手一摸電腦的后蓋就知道，小明剛看過(guò)電視。
你知道他爸爸是根據(jù)什么判斷的嗎？
一、電流的熱效應(yīng)
電暖器
電飯鍋
電水壺
電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，即導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱的現(xiàn)象,叫做電流的熱效應(yīng)。
生活中，許多用電器通電后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。
電流熱效應(yīng)
一、電流的熱效應(yīng)
電流經(jīng)過(guò)鐵釘時(shí)的現(xiàn)象
一、電流的熱效應(yīng)
電爐絲發(fā)熱
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
1. 可能與電流的大小有關(guān)
2. 可能與電阻的大小有關(guān)
3. 可能與通電時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)
電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多
電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多
通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流產(chǎn)生的熱量越多
①提出問(wèn)題
②猜想
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
1.相同時(shí)間，比較溫度計(jì)示數(shù)的變化
（U形管內(nèi)液體的高度變化來(lái)反映）
2.當(dāng)一個(gè)物理量與多個(gè)因素有關(guān)時(shí)，用控制變量法。
③實(shí)驗(yàn)方法
轉(zhuǎn)換法
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
轉(zhuǎn)換法
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
④實(shí)驗(yàn)器材及
電路圖
0.22
⑤實(shí)驗(yàn)圖及
電路圖
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
探究一：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電阻是否有關(guān)？
①方案：將兩根阻值不等的電阻絲串聯(lián)接入電路，使用學(xué)生電源供電（提供的電流大且穩(wěn)定）
電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量和電阻關(guān)系
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
結(jié)論：在電流和通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。
⊿h
較小
較大
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
探究二：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電流是否有關(guān)？
①方案：使兩個(gè)密閉容器內(nèi)部的電阻一樣大，在右邊容器的外部，將一個(gè)阻值相同的電阻R3和這個(gè)容器內(nèi)的電阻并聯(lián)；由于R3的分流作用，因此通過(guò)兩個(gè)容器中電阻的電流不同。
I
A
R=5Ω
R3=5Ω
R1=5Ω
I1
外部 R3
I=2I1
I
I1
R3=
電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量和電流關(guān)系
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
結(jié)論：在電阻和通電時(shí)間相同時(shí)，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。
⊿h
較小
較大
I
A
R=5Ω
R3=5Ω
R1=5Ω
I1
外部 R3
I=2I1
I
I1
R3=
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
探究三：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟時(shí)間是否有關(guān)？
①方案：將一根電阻絲接入電路中，控制通電電流不變、電阻大小不變，改變通電時(shí)間，觀察U形管液面的高度差。
R=10 Ω
A
⊿h
電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量和時(shí)間關(guān)系
二、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
結(jié)論：在電流和電阻相同時(shí)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多。
⊿h
較小
較大
R=10Ω
A
⊿h
1. 在電流和通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。
2. 在電阻和通電時(shí)間相同時(shí)，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。
3. 在電流和電阻相同時(shí)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多。
⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)論
兩個(gè)相同的燒瓶盛有質(zhì)量相同、溫度相同的同種液體；燒瓶?jī)?nèi)插有溫度計(jì)，可以測(cè)量液體的溫度。
燒瓶?jī)?nèi)部有兩個(gè)阻值不同的電阻絲，組成串聯(lián)電路接入電路中。
通過(guò)比較燒瓶?jī)?nèi)溫度計(jì)示數(shù)變化可以探究電流產(chǎn)生熱量的多少。
方案二
方案二
課堂練習(xí)：
1.如圖是“探究影響電流熱效應(yīng)因素”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。其中兩個(gè)完全相同的燒瓶?jī)?nèi)分別裝有質(zhì)量、初溫相同的煤油，阻值不同的電阻絲R1、R2．關(guān)于此電路說(shuō)法中正確的是（　　）
A．探究的是電流產(chǎn)生的熱量與電壓的關(guān)系
B．溫度計(jì)示數(shù)變化大的燒瓶?jī)?nèi)電阻絲電阻小
C．通電時(shí)間相同時(shí)兩個(gè)燒瓶?jī)?nèi)電阻
絲產(chǎn)生的熱量相同
D．溫度計(jì)示數(shù)變化的大小反映電流產(chǎn)生熱量的多少
D
課堂練習(xí)：
2.利用圖中5個(gè)阻值相等的電阻完成“焦耳定律”的探究實(shí)驗(yàn)。以下說(shuō)法不正確的是（　 　）
A．本實(shí)驗(yàn)采用的研究方法有“控制變量法”和“轉(zhuǎn)換法”
B．若要探究電流對(duì)電熱的影響，應(yīng)該選擇觀察甲、丙
C．通電后會(huì)發(fā)現(xiàn)在相同時(shí)間內(nèi)乙產(chǎn)生的熱量是丙產(chǎn)生熱量的8倍
D．圖丙外連接5Ω電阻的作用是增大丙圖盒內(nèi)產(chǎn)生的熱量
D
三、探究焦耳定律
1.英國(guó)物理學(xué)家焦耳在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，最先得出了熱量與電流、電阻、通電時(shí)間的關(guān)系，也就是后來(lái)著名的焦耳定律。
2.內(nèi)容:電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的二次方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比。
3.公式:Q=I2Rt
4.熱量的單位：焦耳，焦（J）。
他用近40年的時(shí)間做了400多次實(shí)驗(yàn)，研究熱和功的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)體電阻、通過(guò)導(dǎo)體電流及其產(chǎn)生熱能之間的關(guān)系，即焦耳定律。
焦耳在研究熱的本質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了熱和功之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，最終發(fā)展出熱力學(xué)第一定律。
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818年12月24日—1889年10月11日），出生于曼徹斯特近郊的沙弗特，英國(guó)物理學(xué)家，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。
人物介紹
主要成就
焦耳
物理學(xué)家
4.電功和電熱的關(guān)系
三、探究焦耳定律
(1)在電熱器電路 (只有電阻的電路)中：（電能幾乎全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能）如：電暖器，電飯鍋，電爐等。
W = Q
W= UIt=Pt
Q=I2Rt=U2t/R
(2)在非純電阻電路中：如當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)械能 .
W > Q
（W= UIt） > （Q=I2Rt）
焦耳定律
0.22
0.28
5.純電阻電路
Q=W
上述公式適用于純電阻電路.
Q放= W總=Pt=UIt= =I2Rt
U2
R
t
該類電路中，電流通過(guò)用電器時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電流產(chǎn)生的熱量就等于消耗的電能，即 。
三、探究焦耳定律
電飯鍋
電水壺
0.22
0.28
6.非純電阻電路
例如：當(dāng)電扇工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)的機(jī)械能，有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能發(fā)熱。
電能>內(nèi)能
W總＝UIt =W機(jī)械能＋Q熱量
在該類電路中，當(dāng)電流通過(guò)用電器時(shí)，電能主要轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ，即電能大于內(nèi)能。
非純電阻電路的計(jì)算
四、電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制
1.電熱的利用
四、電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制
2.電熱的危害和防止
課堂小結(jié)
一、通電導(dǎo)體放出的熱量跟哪些因素有關(guān)
通電導(dǎo)體放出的熱量跟電阻有關(guān)
通電導(dǎo)體放出的熱量跟電流有關(guān)
通電導(dǎo)體放出的熱量跟通電時(shí)間有關(guān)
二、焦耳定律
1.電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時(shí)間成正比。
2.公式:Q=I2Rt
鞏固練習(xí)
1.在探究“影響電流熱效應(yīng)的因素”的實(shí)驗(yàn)中，要探究電流熱效應(yīng)與電流關(guān)系，應(yīng)控制的變量是　 　 　 　 　。如圖所示，R1＝5Ω，R2＝10Ω，電源電壓3V，則通電10s電流通過(guò)R1、R2產(chǎn)生熱量之比為　 　。
電阻和通電時(shí)間
1：2
鞏固練習(xí)
2. （2023年黑龍江齊齊哈爾）將電能輸送到幾百千米之外的用戶，在輸電線上會(huì)有能量的損耗，這主要是由于電流的______效應(yīng)引起的。某段輸電線路的總電阻為0.5Ω，輸送電流為100A，每輸電1min，這段線路便會(huì)損耗______ J的電能。
熱
3×10^5
鞏固練習(xí)
3.（2023年黑龍江齊齊哈爾）小夏一家假期外出旅游，家中只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭和一個(gè)路由器在工作，其實(shí)際功率分別為5W和15W。出發(fā)和回家時(shí)，電能表示數(shù)如圖所示，這段時(shí)間內(nèi)小夏家消耗電能___________ ，小夏一家外出___________h。（電路其它元件損耗電能不計(jì)）
4.8
240
鞏固練習(xí)
4. （2023年甘肅金昌）下列利用電流熱效應(yīng)工作的用電器是（ ）
電視機(jī) B. 電風(fēng)扇
C. 電腦 D. 電爐
D
鞏固練習(xí)
5.熱熔膠在室溫下為固體，加熱變?yōu)檩^強(qiáng)粘性的液體，冷卻后，將物體牢牢地粘在一起，如圖是熱熔膠槍的外形，在槍嘴內(nèi)有電熱絲．電熱絲的電阻是1000Ω，通過(guò)的電流是0.2A時(shí)，1min產(chǎn)生的熱量是 J．
2400
鞏固練習(xí)
6.某校師生自制了一臺(tái)電烘箱。電烘箱的電阻絲通過(guò)5 A 的電流時(shí)，每分鐘可產(chǎn)生6.6×104J的熱量。求這臺(tái)電烘箱的電功率和電阻絲工作時(shí)的電阻。
解：
P = = = = 1.1×103W
W
t
Q
t
6.6×104J
60s
R= = =44 Ω
P
I2
1.1×103W
(5A)2
7.（2022湖北宜昌）小杰和小芳在探究“電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，在兩個(gè)透明容器中密封等量的空氣，各放置一段電阻絲，并連接一個(gè)裝水的U形管，通過(guò)U形管中水面的高度差來(lái)判斷電阻產(chǎn)生熱量的多少。裝置的密封性能良好，電源電壓為6V。
（1）小杰根據(jù)圖甲觀察到的現(xiàn)象得到“在通電時(shí)間和電阻相同時(shí)，______，電阻產(chǎn)生的熱量越多”的結(jié)論。
電流
越大
（2）小芳猜想電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小有關(guān)，下列能支持她猜想的現(xiàn)象是（ ）
A.正常工作時(shí)，“36V 54W”的燈泡比“12V 6W”的燈泡亮
B.接線板上接入的用電器越多，導(dǎo)線越容易發(fā)熱
C.電熨斗工作時(shí)發(fā)熱明顯，而與之相連的導(dǎo)線卻不怎么熱
（3）為了驗(yàn)證猜想，小芳選用了5Ω和100Ω的電阻絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖乙所示，請(qǐng)你用筆畫線把電路連接完整。
閉合開(kāi)關(guān)，她發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間后兩個(gè)U形管的高度差均不明顯，原因是__________________，請(qǐng)你提出改進(jìn)辦法：______________。
C
將100Ω的電阻絲換為阻值更小的電阻絲（或增大電源電壓）
電路中電流太小（或者電阻太大或者電壓太低）
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php

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