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第4節 科學探究：電流的熱效應
素養目標
1.了解電流熱效應。
2.通過探究實驗了解電流產生的熱量的影響因素。
◎重點:知道電流產生的熱量與電流、電阻和通電時間之間的關系。
【合作探究】
在寒冷的冬天我們會用小太陽進行取暖,但同學們有沒有發現,小太陽通電后電熱絲會燒得通紅,但與小太陽相連的導線卻不怎么發熱,如圖所示,這是怎么回事呢
原來導體通電后會產生熱量,但導體產生的熱量與什么因素有關呢
1.提出問題:電流產生的熱量與哪些因素有關
2.猜想與假設:
①可能與 有關;
②可能與 有關;
③可能與 有關。
【答案】合作探究
2.通電時間　導體的電阻大小　通過導體的電流大小
任務驅動1探究電流產生的熱量與時間的關系
1.設計實驗與制訂計劃:
·學習小助手·
電流產生的熱量不易觀察,因此要轉換成其他的物理量進行觀察,如將產生的熱量對煤油加熱,用溫度計測量煤油的溫度,則溫度計的示數變化就可以反映電流產生熱量的多少。
　設計實驗電路:
記錄實驗數據的表格:
時間/min 1 2 3 4
溫度/℃
2.進行實驗與收集證據:
按照如圖所示的電路圖連接實物電路,檢查無誤后接通電源。按下計時器并同時記錄溫度計的示數。保持電流的大小不變,每隔1 min記錄一次溫度計的示數,并計入上面的表格中。
3.分析實驗數據并得出結論:
對同一電阻絲,在電流大小不變的情況下,通電時間越長,煤油的溫度越 ,表明電流產生的熱量越 。
【答案】任務驅動一
3.高　多
任務驅動2探究電流產生的熱量與電阻、電流大小的關系
·學習小助手·
想一想應控制什么物理量不變,如何設計實驗電路可以達到該要求。
1.設計實驗與制訂計劃:
設計實驗電路:
電流 R1 R2
初溫 /℃ 末溫 /℃ 溫度 變化 量/℃ 初溫 /℃ 末溫 /℃ 溫度 變化 量/℃
I
2I
2.進行實驗與收集證據:
按照如上圖所示的電路圖連接實物電路。
(1)調節滑動變阻器,使電阻通過適當的電流,記錄一段時間內兩瓶中溫度計的初始示數和末示數。
(2)調節滑動變阻器,使電流增大一倍,記錄相同的一段時間內兩瓶中溫度計的初始示數和末示數。
3.分析與論證:
對同一電阻絲,在通電時間相同的情況下,通電電流越大,煤油的溫度越 ,表明電流越大,電流產生的熱量越 。
在通電電流大小不變,通電時間相同的情況下,電阻越大,煤油溫度越 ,表明電阻越大,電流產生的熱量越 。
任務總結:電流通過導體時產生熱量的多少與導體的 、通過導體的 和 有關。
歷史上,英國物理學家焦耳做了大量的實驗,于1840年發現了電流產生熱量與通電時間、通電電流和導體電阻的關系。內容是電流通過導體所產生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻成正比,與跟通電時間成正比。
焦耳定律的表達式:Q=I2Rt
·學習小助手·
1.電流通過導體時電能轉化為內能的現象叫作電流的熱效應。
2.利用電流的熱效應工作的電器叫作電熱器。
3.電熱器的主要組成部分是發熱體。它是由電阻率大、熔點高的電阻制成的。
　　4.焦耳定律的表達式:Q= 。其中:電流的單位是 ,電阻的單位是 ,時間的單位是s,這樣電熱的單位是 。
【答案】任務驅動二
3.高　多　高　大　通電時間　電流　電阻
學習小助手
I2Rt　A　Ω　J
任務驅動3討論電流熱效應的利與弊
1.電流熱效應的好處(應用)
再舉出生活中的應用: 。
2.電流熱效應的害處(防止)
電熱有害的一面:輕則用電器燒壞;重則引發火災。
如何防止電熱的危害 電熱產生的根本原因是導體存在電阻。所以減小電阻、加快散熱(散熱孔、散熱片、散熱風扇等)可以防止電熱的危害。
你能用今天探究的結論解釋【生活中的物理】中的問題嗎
【答案】任務驅動三
1.電熱水器、電熱水壺
3.答:小太陽在使用時,電熱絲和導線串聯,通過它們的電流相等,通電時間t相同,因為Q=I2Rt,由于R電熱絲遠大于R導線,所以電流產生的熱量:Q電熱絲遠大于Q導線,因此電熱絲熱得發紅,而導線卻不怎么發熱。

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