資源簡介

(共45張PPT)
第四節 科學探究：電流的熱效應
主題情境
生活中的用電器
活動線
問題線
電流的熱效應概念
電飯煲是利用電流產生的熱量工作的，卻設置了“散熱孔”來散熱避免工具損壞，這是為什么呢？
怎樣定量計算電飯煲產生熱量的多少？
尋找用電器工作時的共同特點
知識線
以電飯煲為例探索用電器發熱的奧秘
觀察用電器的工作過程，這些用電器在工作中有哪些共同特點？
電飯煲工作時，內部溫度逐漸升高，但與之相連的導線卻幾乎不熱，這是為什么？
探究電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關？
焦耳定律；
電能與電熱的關系
電熱的利用和防止
1. 認識到電能可以轉化為內能，了解電熱的應用.
2. 通過實驗，探究并了解焦耳定律.
3. 會利用焦耳定律進行簡單的計算，理解焦耳定律的內容、公式、單位
及其簡單應用.
學習目標
日常生產、生活中會用到很多用電器，請你結合這些用電器的工作過程，尋找他們工作時的共同特點.
電熱毯 電爐 電熱水器 熱熔膠槍 電烙鐵
情境串新知
請同學們觀察以下用電器的工作過程，這些用電器在工作中有哪些共同特點呢？
點
擊
播
放
視
頻
活動1
尋找用電器工作時的共同特點
這些用電器工作時都要消耗_____，都會產生______，在這個過程中，______轉化為_____.
電能
熱量
電能
內能
一、電流的熱效應
電流通過導體時電能轉化為內能的現象叫做電流的熱效應.
生活中哪些用電器也是利用電流熱效應工作的，比一比看誰知道的多？
思考與交流
這兩個用電器也是利用電流熱效應工作的嗎？你是如何判斷的？
注意：有些用電器在工作時，電能很少一部分轉化為內能，很大一部分轉化為內能之外的其他形式的能(如機械能、光能、聲能等)，如電風扇、電冰箱、電腦、電視機、洗衣機等.
扇葉轉動
電能→______能
電能→______能
發熱
畫面
電能→_____能
電能→_____能
發聲
電能→_____能
發熱
機械
內
光
聲
內
思考
活動2
以電飯煲為例探索用電器發熱的奧秘
電飯煲的加熱原理
電飯鍋的加熱原理主要依靠電熱絲的加熱作用.電飯鍋內部有一個加熱盤，當我們使用電飯鍋煮飯時，將電飯鍋插入電源后，電流通過電熱絲，使電熱絲發熱.電熱絲將熱量給內膽，使內膽加熱，將飯煮熟.
將電飯煲接入家庭電路通電后，電飯煲溫度逐漸升高將飯煮熟，那么電飯煲產生的熱量與什么因素有關呢？
思考
子任務1：以電飯煲為例探究電熱的影響因素
電流產生的熱量與哪些因素有關
猜想2：與電流大小有關；
與電阻大小有關.
猜想3：
猜想1：與通電時間有關；
1. 猜想與假設
實驗探究
要研究某一因素對電流產生熱量的影響，需要用什么方法來探究？
控制變量法
實驗目的 探究電流產生的熱量與通電時間是否有關 探究電流產生的熱量與電流大小是否有關 探究電流產生的熱量與電阻大小是否有關
控制不變的量 ____________________ ____________________ ____________________
自變量 __________________ __________________ __________________
因變量 產生熱量的多少 熱量不易觀測，
應該如何測量呢？
2. 設計實驗與制定計劃
電流大小、電阻大小
通電時間
通電時間、電阻大小
電流大小
電流大小、通電時間
電阻大小
怎樣測量電流通過導體時產生熱量的多少
思考
通過液體中（等質量同種液體）溫度計示數的變化反應電流通過導體產生熱量的多少------轉換法
如果有水和煤油，選擇什么液體比較好？
選用煤油，煤油是絕緣體，且煤油比熱容較小，因為比熱容越小，吸收同樣熱量溫度上升越快，實驗現象越明顯
探究電流產生的熱量與通電時間是否有關
實 驗 1
怎樣測量：
因變量：
自變量：
怎樣改變：
控制變量：
怎樣控制：
秒表計時
滑動變阻器位置不變
電熱
通電時間
電流、
電阻
觀察液體中溫度計示數的變化
A
R
探究點撥
進行實驗與收集證據
實驗是一個探索的過程.許多實驗條件，如本實驗中采用多大阻值的電阻絲、電流的大小、測量間隔時間等，都需要通過多次探索才能調整得比較好.每次進行實驗，在實驗前要反復論證、精心準備，實驗中要細致觀察、準確記錄，實驗后要認真分析、反復推敲.
4. 分析與論證
3. 進行實驗與收集證據
按電路圖連接實物圖，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，每間隔一定時間記錄一次溫度計的示數.
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 ____.
高
多
時間 t/min
溫度 t/℃
怎樣改變：
怎樣控制：
實驗裝置與通電時間與前次相同
實 驗 2
因變量：
自變量：
控制變量：
調節滑動變阻器
怎樣測量：
觀察液體中溫度計示數的變化
電熱
電流
電阻、
通電時間
探究電流產生的熱量與電流大小是否有關
A
R
取質量、溫度均與上述實驗初始狀態相同的煤油，仍按原電路圖連接電路.閉合開關，調節滑動變阻器，增大通過電阻絲的電流，通電時間與前次相同，記錄玻璃瓶內煤油的溫度.
3. 進行實驗與收集證據
時間 t/min
溫度 t/℃
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 ____.
高
多
4. 分析與論證
怎樣測量：
實 驗 3
因變量：
自變量：
怎樣改變：
控制變量：
怎樣控制：
選擇兩個阻值不同的電熱絲
串聯電路
秒表計時
電熱
電阻
電流、
通電時間
觀察液體中溫度計示數的變化
探究電流產生的熱量與電阻大小是否有關
A
R1
R2
選取兩根阻值不一樣的電阻絲，兩個裝有初始溫度相同、等質量煤油的玻璃瓶，按電路圖連接起來實物圖(兩根電阻絲串聯).檢查無誤后接通電源，通電一定時間后，記錄兩個玻璃瓶內煤油的溫度.
4. 分析與論證
在通電電流大小不變，通電時間相同的情況下，電阻越大，煤油的溫度越 _____，表明電阻越大，電流產生的熱量越 _____.
3. 進行實驗與收集證據
高
多
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時間 t/min
溫度 tR1/℃
溫度 tR2/℃
對同一電阻絲，在電流大小不變的情況下，通電時間越長，產生的熱量越多.
對同一電阻絲，在通電時間相同的情況下，通電電流越大，產生的熱量越多.
在通電電流大小不變，通電時間相同的情況下，電阻越大，產生的熱量越多.
歸納總結
實驗裝置
加熱空氣，用空氣膨脹程度反映電熱
實驗方案拓展
h
電流產生的熱量(Q放)
熱傳遞
盒內空氣吸收
的熱量(Q吸)
熱膨脹
增大的體積
液面的高度差
轉 換
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電流通過導體產生的熱量
U形管兩側液面高度差
轉換法
例 用如圖所示的裝置探究“電流通過導體產生的熱量與電流的關系”，相同燒瓶內裝滿了煤油.
(1)燒瓶中裝入的煤油是________(選填“導體”或“絕緣體”).
(2)請根據實物電路，在虛線框圖內畫出對應的電路圖.
絕緣體
定值電阻R與R1并聯，使通過電阻R1、R2的電流不相等
電阻
通電時間
電流
控制不變的量是：_______，_________.
需要改變的量是：______
R
R2
R1
R
(3)為達到實驗目的，選用的兩電阻絲R1與R2的阻值應_____，通過R1的電流______通過R2的電流.
(4)通電一段時間后，乙燒瓶中玻璃管內液面上升的高度較大，說明__________________________________________________.
相等
小于
電阻和通電時間不變，電流越大產生的熱量越多
R
子任務2：定量計算電飯煲產生熱量
歷史上，英國物理學家焦耳做了大量的實驗，探究電流產生的熱量跟電流大小、導體的電阻以及通電時間的關系，他于1840年最終發現了此規律，為了紀念焦耳，這一規律又被稱為焦耳定律.
二、焦耳定律
1. 內容：
電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比.
2. 公式：
Q = I2 R t
熱量 電流 電阻 時間
J A Ω S
物理量：
單位：
焦耳，英國
(1818—1889年)
信息窗
英國物理學家焦耳年輕時就從事電和磁的研究.他極力想通過實驗證明自然界中的能量守恒規律. 為此，他做了許多實驗研究熱和功之間的聯系，以及電流的熱效應. 焦耳的研究為能量守恒定律的建立奠定了堅實的實驗基礎. 為了紀念焦耳對科學的貢獻，除了將上述定律命名為“焦耳定律”外，物理學中能量和功的單位也被命名為“焦耳”.
例 已知電飯煲的內部加熱電路R為44 Ω，家庭電路中的電壓為220 V，電飯煲正常工作時通過的電流是多少？電飯煲正常10 min產生的熱量是多少？
由焦耳定律Q=I2Rt可知，電飯煲正常10 min產生的熱量
Q=I2Rt=(5 A)2×44 Ω×10×60 s=6.6×105 J
解：由
可知，電飯煲正常工作時通過的電流
拓展：小明發現將電飯煲接入家庭電路通電后發現，電飯煲溫度逐漸
升高將飯煮熟，但與電飯煲連接的導線卻幾乎不熱，你能幫助
小明解釋其中的原因嗎
導線和電飯煲串聯，電流相同，而電飯煲的電阻比導線的電阻大的多，根據Q=I2Rt可知，在通電時間相同時，電流通過電飯煲產生的熱量多，因此電飯煲熱而導線卻不熱.
小明發現家里的空調、電飯鍋等大功率家用電器的電源線明顯比臺燈等小功率家用電器的電源線粗，這是為什么？
空調、電飯鍋等功率較大的用電器，工作時通過導線的電流較大，如果導線橫截面積過小，導線電阻就會過大，在一定時間內電流通過導線產生的熱量越多，容易引起火災等安全事故.
思考
電功 電功率 焦耳定律 適用范圍
基本公式
導出公式
電功、電功率和焦耳定律計算公式對比
U2
R
t
W=
=I Rt
W
t
P=
=UI
U2
R
P=
=I R
W=UIt =Pt
Q=I Rt
Q =UIt = =Pt
U2
R
t
僅適用于純電阻電路W=Q
普遍適用
電能
用電器
內能
機械能
其他能
W = UIt
Q = I2Rt
電飯煲是利用電流產生的熱量工作的，其底部卻設置了“散熱孔”來散熱避免工具損壞，這是為什么呢？
思考
子任務3：以電飯煲為例研究電流的利用和防止
1. 電熱的利用
利用電熱孵化器孵小雞
用于加熱
電熱器都是利用電流的熱效應工作的，主要工作部件是發熱體.
拓展：電熱的利用和防止
2. 電熱的危害和防止
危害一：用電器燒壞
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很多情況下我們并不希望用電器的溫度過高.如：電視機的后蓋有很多孔，為了通風散熱；電腦運行時要用微型風扇及時散熱等等.
電腦的微型風扇
電視機的后蓋
危害二：電能損耗
2. 電熱的危害和防止
輸電要用導線，導線有電阻，如果導線很短，電阻很小可忽略，而遠距離輸電時，導線很長，電能損耗不能忽略.
世界首條35千伏公里級超導電纜落戶上海，技術領先全球
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思考
Q 損= I2R線 t
方法一： 減小輸電導線的電阻R
在電流和通電時間一定時，由Q = I 2Rt 可知，電阻越小，損耗電能也越小，故通常遠距離輸電選用相同條件下電阻較小的鋁、銅或鋁合金做輸電導線.
方法二：減小輸電電流I
P輸= UI
輸電功率P一定時，由P =UI 可知，電壓越高，電流越小；在導線電阻和通電時間一定時，由Q = I 2Rt 可知，電流越小，損耗電能也越小，故遠距離輸電常利用高壓輸電. 注：“高壓”也有一定的限度，需要考慮設備的承載和造價.
我國能源結構特點和人口分布不均勻，在西電東輸工程中，造成的電能損耗更大，如何減小距離輸電過程中的電能損耗？
方法:_______、_____________
公式：___________
因素：____、________、_____
電熱的利用和防止
電流的熱效應
焦耳定律
控制變量法
電流
Q = I2Rt
電熱水壺、電暖器、電飯鍋、電烤箱、電熱毯等.
散熱窗、散熱片、散熱風扇等.
課堂小結
電流通過導體產生的熱量跟______的二次方成正比，跟導體的______成正比，跟__________成正比.
轉換法
通電時間
電阻
電流通過導體時___能轉化為___能的現象叫做電流的熱效應.
電
內
實驗：電流產生的
熱量與什么
因素有關
定義：
電流
電阻
通電時間
內容：
利用:
防止：
科學探究：
電流的熱效應
1. 如圖所示的家用電器中，主要利用電流的熱效應工作的是(　　)
A. 電視機 B. 洗衣機 C. 吸塵器 D. 電飯煲
D
電流通過導體時電能轉化為內能的現象叫做電流的熱效應
隨堂練習
×
電能轉化為光能、聲能和內能
電能轉化為
機械能和內能
×
電能轉化為
機械能和內能
×
電能轉化為
內能
√
2. 下列情況中屬于電熱的利用的是( )
A. 電視機的后蓋有許多孔
B. 電腦機箱內有小風扇
C. 電動機外殼有許多散熱片
D. 家電長時間停用，隔一段時間應通電一次
D
用電流的熱效應產生的熱來驅潮，是利用電熱
散熱，屬于電熱的防止
×
×
×
√
3. 如圖所示是一直流電動機提升重物的裝置.電源電壓U=12 V保持不變，已知電動機線圈電阻為1 Ω，開關閉合后電動機勻速提升重物，此時，電流表讀數為1 A，電壓表讀數為3 V，不計任何摩擦，求：
(1)1分鐘內該電路消耗的總電能；
解：(1)1分鐘內該電路消耗的總電能
(2)電動機的發熱功率；
(2)電動機的發熱功率
1 Ω
12 V
3 V
1 A
(3)當重物的質量超過一定數值時，電動機將無法轉動，求此時電動機的電功率；
(3)根據歐姆定律可知，定值電阻的阻值是：
當電動機不轉動時，相當于一個1 的電阻，由歐姆定律可得此時電路中的電流
電動機的功率是
1 Ω
12 V
3 V
1 A
(4)根據以上計算說明，為什么電動機不轉時很容易被燒壞？
(4)電動機不轉時，電流大大超過額定電流，根據Q=I2Rt可知，相同時間內電動機線圈產生過多的熱量導致被燒壞
4. 小明家買了一臺電烤箱，有低、中、高三個擋位的發熱功率，如圖是其內部簡化路圖，開關S1可分別與觸點a、b接觸.已知：R1=48.4 Ω，R2=96.8 Ω，電源電壓保持不變.請分析和解答以下問題：
(1)當開關S1置于b端、S2斷開時，電烤箱處于什么擋位？簡述理由.
(2)電烤箱在中擋位工作時，消耗的電功率是多少？
(3)電烤箱在高擋位工作時，對食物加熱6 min，消耗的電能為多少？
由 得
U不變，R最小
U不變，R最大
P最大
高溫擋
P最小
低溫擋
(P 為電熱器額定功率、U為額定電壓、R為電路總電阻).
擋位判斷的依據：
多擋位問題分析思路
看總電阻
拓展：
題干信息：已知：R1=48.4 Ω，R2=96.8 Ω，電源電壓保持不變.
(1)當開關S1置于b端、S2斷開時，電烤箱處于什么擋位？簡述理由.
解：(1)低擋位. 當開關S1置于b端、S2斷開時，電阻R1與R2串聯，電路中的電阻最大，由 可知，此時電功率最小，是低擋位.
(2)電烤箱在中擋位工作時，消耗的電功率是多少？
(2)當開關S1置于b端、S2閉合時為中擋位，
電烤箱消耗的電功率
48.4 Ω
96.8 Ω
電烤箱消耗的電能
W=P總t=1.5×103 W×6×60 s=5.4×105 J
(3)當S1置于a端，S2閉合時，電烤箱在高擋位，電阻R1與R2并聯，電烤箱消耗的總功率
(3)電烤箱在高擋位工作時，對食物加熱6 min，消耗的電能為多少？
48.4 Ω
96.8 Ω

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