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人教版
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物理
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九年級（下）
第18章
第4節(jié)
焦耳定律
學(xué)習(xí)目標(biāo)-新知導(dǎo)入-新知探究-課堂小結(jié)-課堂達(dá)標(biāo)
1.通過生活實(shí)例，認(rèn)識電流的熱效應(yīng)。
2.能在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出焦耳定律，會用焦耳定律進(jìn)行計(jì)算。
3.通過學(xué)習(xí)電熱的利用和防止，學(xué)會辯證地看待問題。
【重點(diǎn)】電熱與電阻、電流、通電時(shí)間的關(guān)系。
【難點(diǎn)】焦耳定律的理解及應(yīng)用。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
怎么判斷有沒有看電視？
新知導(dǎo)入
生活中，許多用電器通電后，都伴有熱現(xiàn)象。請舉例說明。
新知導(dǎo)入
知識點(diǎn)
電流的熱效應(yīng)
1
電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。
通
電
電流的熱效應(yīng)
新知探究
提出問題
電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少跟哪些因素有關(guān)？
探究：電熱與哪些因素有關(guān)
新知探究
電阻絲通過導(dǎo)線接到電路里，通過電阻絲和導(dǎo)線的電流相同。為什么電阻絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱呢？
猜想與假設(shè)
（1）電流通過錫箔紙產(chǎn)生熱量著火
電阻
寬窄不同的錫箔紙
新知探究
（2）通過電位器改變小燈泡的亮度
電流
改變電位器的電阻
猜想與假設(shè)
新知探究
（3）電水壺?zé)畷r(shí)間
通電時(shí)間
時(shí)間不同
猜想與假設(shè)
新知探究
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
電熱
—Q
實(shí)驗(yàn)方法
電阻—
R
電流—
I
通電時(shí)間—
t
控制變量法
轉(zhuǎn)換法
實(shí)驗(yàn)裝置
新知探究
實(shí)驗(yàn)1：電熱與電阻的關(guān)系
R1=5Ω
R2=10Ω
A
結(jié)論1：在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。
電流：I1=I2
時(shí)間：t1=t2
控制變量
電阻：R2>R1
自變量
電熱：Q2>Q1
因變量
高度差：h2>h1
I1
I2
h1
h2
Q1
Q2
新知探究
（說明：視頻中有三個(gè)不同電阻，可以更好地得出上述結(jié)論）
A
R1=5Ω
R4=5Ω
R3=5Ω
結(jié)論2：在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過一個(gè)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。
電阻：R1=R3
時(shí)間：t1=t2
控制變量
電流：I1>I3
自變量
電熱：Q1>Q3
因變量
高度差：h1>h3
I1
I3
h1
h3
Q1
Q3
實(shí)驗(yàn)2：電熱與電流的關(guān)系
新知探究
結(jié)論3：在電流相同、電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。
電流：I
電阻：R
控制變量
通電時(shí)間：t1自變量
電熱：Q1因變量
高度差：h1h1
h2
Q1
Q2
t1
實(shí)驗(yàn)3：電熱與通電時(shí)間的關(guān)系
新知探究
t2
1.第一次實(shí)驗(yàn)中，用5Ω和10Ω的電阻絲串聯(lián)，目的是控制通過它們的電流和通電時(shí)間相同；第二次實(shí)驗(yàn)中，都采用5Ω的電阻絲，目的是控制電阻和通電時(shí)間相同。兩次實(shí)驗(yàn)均采用了控制變量法。
2.電阻絲產(chǎn)生熱量使空氣受熱膨脹，推動液體流動，使液面發(fā)生變化，這里將電阻絲產(chǎn)生熱量的多少通過U形管中液面高度的變化反映出來，是運(yùn)用了轉(zhuǎn)換法
。
控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用
特別提醒！
新知探究
典例1
用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“電流
通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系”。
（1）實(shí)驗(yàn)中通過觀察___________________
來比較電流產(chǎn)生的熱量的多少。
（2）為了便于比較兩種電阻絲通過電流后產(chǎn)生熱量的多少，
甲乙兩瓶中要裝入_____________的同種液體。
（1）使用了轉(zhuǎn)換法，把電流產(chǎn)生的熱量近似等于煤油吸收的熱量，而從煤油溫度的變化就可以知道煤油吸收的熱量，從而比較電流產(chǎn)生的熱量。
解析：
溫度計(jì)示數(shù)的變化
質(zhì)量相等
（2）煤油吸收的熱量的多少：Q吸=cmΔt。只有在同種物質(zhì)
質(zhì)量相等時(shí)才方便由Δt比較Q吸。
新知探究
S
用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“電流
通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系”。
（3）為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模x用的兩電阻絲的
阻值不能_______。
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論是________________________________________________。
（5）該實(shí)驗(yàn)裝置還可以研究通電時(shí)間一定時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與_____________的關(guān)系。
（3）實(shí)驗(yàn)采用了控制變量法，探究電熱與電阻的關(guān)系時(shí)，保持不變的量是電流和通電時(shí)間，需要改變的量是電阻，所以這兩電阻絲的電阻不能相等。
解析：
相等
在電流和通電時(shí)間相同時(shí)，
電阻越大，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。
（4）實(shí)驗(yàn)可以得出電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻有關(guān)的結(jié)論。
（5）單獨(dú)比較一個(gè)燒瓶中的電阻產(chǎn)生熱量的變化，可以研究電阻產(chǎn)生的熱量與通電時(shí)間的關(guān)系。
通電時(shí)間
典例1
新知探究
電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量
電阻
電流
通電時(shí)間
數(shù)量關(guān)系
Q
I
R
t
數(shù)量關(guān)系
新知探究
焦耳（James
Prescott
Joule，1818—1889），英國物理學(xué)家。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。通過大量的實(shí)驗(yàn)，于1840年最先精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系。
焦
耳
知識點(diǎn)
焦耳定律
2
新知探究
（1）內(nèi)容
電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。
（2）公式
Q
=
I2
R
t?
（3）單位
焦耳（J）
A
Ω
s
J
1J
=
1
A2·Ω·s
焦耳定律
新知探究
W
=
U
I
t
（適用于純電阻電路）
W
=
t
U2
R
W
=
I2Rt
（普遍適用）
電功
電熱
Q
=
I2Rt
（普遍適用）
電功與電熱的關(guān)系
新知探究
Q
=
W
=
UIt
（1）純電阻電路
電能
內(nèi)能
W
=
UIt
（2）非純電阻電路
電能
內(nèi)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
　　
額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。可是按照焦耳定律，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事?
分析：前者說電阻越小，正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，前提條件是電壓相同，用公式
；而后者說，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，前提條件是電流相同，用公式
P熱=
I2R，兩者并不矛盾。所以我們在應(yīng)用公式時(shí)應(yīng)該特別注意條件。
P熱=
U2
R
新知探究
典例2
一根60Ω的電阻絲接在36V的電源兩端，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量?
解析：通過電阻絲的電流為
Q
=
I2Rt
=(0.6
A)2×60
W×300
s
=
6
480
J
I
=　
=　　　=
0.6
A
U
R
36
V
60
Ω
電流產(chǎn)生的熱量為
新知探究
知識點(diǎn)
電熱的利用和防止
3
新知探究
用來加熱
利用電熱孵化器孵小雞
電熱器的優(yōu)點(diǎn):
清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染，熱效率高，還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度。
電熱的利用
新知探究
很多用電器，如電風(fēng)扇、電冰箱、電視機(jī)、洗衣機(jī)等，在工作時(shí)，電能主要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能之外的其他形式的能，即消耗的電能中，只有很少一部分轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，這些用電器都不是利用電流的熱效應(yīng)來工作的，不是電熱器
。
不是所有的用電器都是電熱器
特別提醒！
新知探究
很多情況下我們并不希望用電器的溫度過高。如：電視機(jī)的后蓋有很多孔，可以通風(fēng)散熱；電腦運(yùn)行時(shí)要用微型風(fēng)扇及時(shí)散熱等。
電熱的危害
新知探究
注意用電安全
新知探究
典例3
小軍家的電熱毯內(nèi)的電阻絲斷了，他爸爸把斷了的電阻絲擰在一起，電熱毯仍能使用，但會產(chǎn)生安全隱患，甚至造成火災(zāi)。其原因是（
）
A.電阻絲連接處電阻較小，造成局部過熱
B.電阻絲連接處電阻較大，造成局部過熱
C.電阻絲連接處電流比其他處電流小，造成局部過熱
D.電阻絲連接處電流比其他處電流小，造成局部過熱
解析：電阻絲連接處和其他處是串聯(lián)在一起的，所以電流相等。但接線處的電阻絲是簡單擰在一起的，會由于接觸不良導(dǎo)致接線處電阻較大，根據(jù)焦耳定律Q
=
I2Rt可知，電流和時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。故答案是B。
B
新知探究
電流的熱效應(yīng)
影響電熱的因素
電阻
電流
通電時(shí)間
焦耳定律
電熱的利用和防止
Q=I2Rt
課堂小結(jié)
1.家庭電路中各用電器是______聯(lián)的，銘牌上標(biāo)有“220V
100W”的電視機(jī)和電熱毯都正常工作1h，則_______產(chǎn)生的熱量較多。
并
電熱毯
課堂達(dá)標(biāo)
2.2019年，中國青年科學(xué)家曹原證實(shí)了石墨烯在特定條件下的超導(dǎo)性能，取得了國際超導(dǎo)科研領(lǐng)域的重大突破。利用石墨烯超導(dǎo)的零電阻特性進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，將實(shí)現(xiàn)電能零耗損。其節(jié)能依據(jù)的原理是（　　）
A．牛頓第一定律
B．帕斯卡定律
C．歐姆定律
D．焦耳定律
D
課堂達(dá)標(biāo)
課堂達(dá)標(biāo)
3.下列實(shí)例是防止電熱帶來危害的是（　　）
A．及時(shí)冷卻數(shù)據(jù)中心的電腦服務(wù)器
B．用電熱壺?zé)?br/>C．用電熨斗熨衣服
D．家電長時(shí)間停用，隔一段時(shí)間應(yīng)通電一次
A
4.甲、乙兩段導(dǎo)體通電時(shí)間相同，甲的電阻是乙的3倍，甲、乙產(chǎn)生的熱量之比是4∶3，則通過甲、乙兩導(dǎo)體的電流之比是（
）
A．
2∶3
B．
2∶1
C．
9∶2
D．
3∶2
A
課堂達(dá)標(biāo)
5.如圖所示，利用R1=5Ω、R2=10Ω的兩段鎳鉻合金
絲探究電流產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)，其中兩
個(gè)透明的容器中密封了等量的空氣，對此實(shí)驗(yàn)，
下列說法正確的（
）
A.實(shí)驗(yàn)中通過觀察U形管兩側(cè)液面高度差來判斷電流產(chǎn)生熱量的多少
B.容器和U形管必須密封好，裝有帶色水的U形管是連通器
C.若R1、R2兩段鎳鉻合金絲的長度相同，R1的橫截面積比R2小
D.本實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論：在通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多
A
課堂達(dá)標(biāo)
6.某同學(xué)組裝了一臺直流電動機(jī)模型，他將電動機(jī)模型接入如圖所示的電路中，已知電源電壓U=3V，并保持不變，接通電路后，電動機(jī)沒轉(zhuǎn)動時(shí)，電流表讀數(shù)為2A；電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時(shí)，電流表讀數(shù)為0.8A。則該電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動10min時(shí)，
求：（1）消耗的電能；（2）線圈產(chǎn)生的熱量。
A
S
M
解析：
（1）工作時(shí)間t=10min=600s，電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時(shí)的電流：I=0.8A，
電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)消耗的電能：W=UIt
=3V×0.8A×600s=1440J。
課堂達(dá)標(biāo)
（2）電動機(jī)沒轉(zhuǎn)動時(shí)，電能會全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)電動機(jī)的線圈為純電阻，由I=U/R可得，線圈的電阻：
；
則在電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流通過線圈產(chǎn)生的熱量：
Q=I2Rt
=(0.8A)2×1.5Ω×600s
=
576J。
R
=
=
=
1.5
Ω
U
I
3
V
2A
6.某同學(xué)組裝了一臺直流電動機(jī)模型，他將電動機(jī)模型接入如圖所示的電路中，已知電源電壓U=3V，并保持不變，接通電路后，電動機(jī)沒轉(zhuǎn)動時(shí)，電流表讀數(shù)為2A；電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時(shí)，電流表讀數(shù)為0.8A。則該電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動10min時(shí)。
求：（1）消耗的電能；（2）線圈產(chǎn)生的熱量。
A
S
M
課堂達(dá)標(biāo)

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