資源簡介

18.4　焦耳定律
素養目標
1.通過生活實例認識電流的熱效應。
2.能設計實驗探究并引出焦耳定律,會用焦耳定律進行計算。
3.通過學習電熱的利用和防止,培養辯證看問題的思維方式。
◎重點:研究電熱與電阻、電流、通電時間的定性關系,焦耳定律的理解及應用。
評價任務
通過任務驅動一、二完成目標2和重點的學習。
【預習導學】
生活中的物理
電爐通電后,電爐絲熱得發紅,用手觸摸下導線,卻是涼的。
問題:電流通過導線流入電阻絲,通過導線的電流和電阻絲的電流是一樣的,為什么電阻絲熱得發紅,而導線卻不熱呢
重點梳理
知識點一 電流的熱效應
1.電流的熱效應:電流通過導體時,電能轉化為 的現象。
2.導體產生熱量多少的影響因素
電流通過導體時,導體產生熱量的多少與通過導體的電流、導體的電阻、通電時間有關。
(1)在 相同、 相同的情況下,電阻越大,這個導體產生的熱量越 。
(2)在 相同、 相同的情況下,通過導體的電流越大,這個導體產生的熱量越 。
(3)在電流相同、導體電阻相同的情況下, 越長,這個導體產生的熱量越 。
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比較導體產生熱量多少的方法:(1)在導體電阻、通電時間相同時,比較流過導體的電流,通過電流大的導體產生的熱量多;(2)在通過導體電流、通電時間相同時,比較導體的電阻,電阻大的導體產生的熱量多;(3)在通過導體電流、導體電阻相同時,比較通電時間,通電時間長的導體產生的熱量多。
【答案】1.內能
2.(1)電流　通電時間　多
(2)電阻　通電時間　多
(3)通電時間　多
對點自測
1.小明同學為了探究電流產生的熱量與什么因素有關,設計了如圖的實驗裝置。甲、乙兩個透明容器中封閉著等量的空氣,U形管中液面高度差反映密閉空氣溫度的變化情況。兩個密閉容器中都有一段用于加熱的電阻絲,將兩電阻絲串聯起來接到電源兩端,利用這套裝置可探究相同時間內,電流產生熱量與 的關系。通電相同的時間后,容器 中電阻絲放熱較多。
【答案】1.電阻　乙
知識點二 焦耳定律
1.內容:電流通過導體產生的熱量跟 成正比,跟導體的 成正比,跟 成正比。
2.定義式及單位:
①公式: 。
②單位:I-A;R-Ω;t-s;Q-J。
3.適用范圍:公式適用任何電路、任何導體放出的熱量。
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導體產生熱量多少的公式選擇:
(1)純電阻電路:
①Q=I2Rt;②Q=W=Pt;③Q=UIt;④Q=t;
(2)非純電阻電路:Q=I2Rt
【答案】1.電流的二次方　電阻　通電時間
2.①Q=I2Rt
對點自測
2.最先精確地確定了電流通過導體產生的熱量(電熱)與電流、電阻和通電時間關系的物理學家是 ;將10 Ω的電阻絲接在3 V的電源上,5 min內產生的熱量為 J。
【答案】2.焦耳　270
知識點三 電熱的利用和防止
1.電流的熱效應有時對我們有利,我們需要 (選填“利用”或“防止”)它。
2.電流的熱效應有時對我們有害,我們需要 (選填“利用”或“防止”)它。
【答案】1.利用
2.防止
對點自測
3.下列事例,屬于防止電流熱效應產生危害的是 ( )
A.養雞場使用電熱孵化器孵小雞
B.家里使用電熱水壺燒水
C.小明媽媽用電熨斗熨衣服
D.電腦溫度過高時,風扇會及時啟動,給電腦降溫
【答案】3.D
【合作探究】
任務驅動一 探究影響導體產生熱量多少的因素
【猜想】導體產生熱量的多少與 、 、 有關。
【設計實驗】
(1)用轉換法判斷導體放出熱量的多少
實驗中,導體放出的熱量使密閉容器中氣體溫度升高、氣體體積膨脹,從而推動U形管內液面上升,所以可以通過 的變化來反映導體放出熱量的多少。
(2)用控制變量法設計實驗
①如圖甲,探究導體放出熱量的多少與電阻的關系時,必須控制 、 相同。
②如圖乙,探究導體放出熱量多少與電流的關系時,必須控制 、 相同。
【進行實驗,記錄實驗現象】
(1)按照甲圖連接好電路后,閉合開關,通電一段時間后,觀察兩個U形管中液面高度的變化,發現 (選填“左”或“右”)側U形管液面高度差較大。
(2)按照乙圖連接好電路后,閉合開關,通電一段時間后,觀察兩個U形管中液面高度的變化,發現 (選填“左”或“右”)側U形管液面高度差較大。
【分析實驗數據,得出實驗結論】
(1)甲圖中,兩個電阻 聯在電路中,通過兩個電阻的電流 (選填“相同”或“不同”)、通電時間相同, (選填“左”或“右”)側容器內電阻較大;右側U形管內液面高度差較大,說明導體產生熱量較 。由此可以得出結論: 。
(2)乙圖中,兩個容器內的電阻 、通電時間相同,通過 (選填“左”或“右”)側容器內電阻的電流較大;左側U形管內液面高度差較大,說明導體產生的熱量較 。由此可以得出結論: 。
【答案】【猜想】通過導體電流的大小　導體電阻的大小　通電時間的長短
【設計實驗】
(1)液面高度差
(2)①通過導體的電流　通電時間
②導體的電阻　通電時間
【進行實驗、記錄實驗現象】
(1)右
(2)左
【分析實驗數據、得出實驗結論】
(1)串　相同　右　多　在通過導體的電流、通電時間相同時,電阻越大,導體產生的熱量越多
(2)相同　左　多　在電阻、通電時間相同時,通過導體的電流越大,導體產生的熱量越多
任務驅動二 探究電熱計算公式的選擇
比較純電阻電路產生的熱量多少,理論上可以應用Q=I2Rt、Q=UIt、Q=t中的任何一個,但是實際計算中,為了方便,我們需要結合題目的已知條件來靈活選用公式。
(1)在比較串聯電路中兩個電阻產生熱量多少時,由于串聯電路 相同,所以我們可以選擇公式 。
(2)在比較并聯電路中兩個電阻產生熱量多少時,由于并聯電路 相同,所以我們可以選擇公式 。
(3)在一個電源電壓固定的動態電路中,分析整個電路產生熱量多少時,由于電源電壓不變,我們可以選擇公式 。
【答案】(1)電流　Q=I2Rt
(2)電壓　Q=t
(3)Q=t
2

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