資源簡介

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第6節 電能（第5課時）
【核心概念】
4.能的轉化與能量守恒
【學習內容與要求】
4.1 能的形式、轉移與轉化
⑨通過實驗探究，知道影響電流熱效應的因素。
【教學目標】
1.科學觀念:.知道電熱器的制作原理是電流的熱效應；會描述焦耳定律的內容。
2.科學思維:能應用其解釋相關現象；應用焦耳定律公式計算用電器產生的熱量。
3.探究實踐:用控制變量法研究影響電熱因素。
4.態度責任:通過電熱器的廣泛使用,體會電能在生活和生產中的重要價值。
【教學思路】電熱器是根據電流的熱效應制造的一種用電器,電熱器的主要結構是發熱體,制作發熱體的材料要求熔點高、電阻率大。本節課研究的主要內容是電熱器產熱的多少與電流、電阻和通電時間的關系,焦耳歷經多年通過大量的實驗總結出焦耳定律——Q=I2 Rt。
【教學過程】
教學環節 教學活動 設計意圖
創設情境，明確問題 夏天，你使用電驅蚊器嗎？冬天，你使用電取暖器嗎？平時，用電熱壺燒開水。這些用電器工作時都會發熱。 用電不當，容易引發火災。 你知道它們的工作原理嗎？ 從生活中電熱器和常見現象引入課題，能激發求知欲。
電流的熱效應 [情景展示1] [問題探究] 你知道以上各種用電器的工作原理嗎 [思考交流] [歸納提升] 它們的工作原理是電流的熱效應,即電流通過各種導體時,會使導體的溫度升高。這種現象叫作電流的熱效應。從能量的轉化來看,電流通過導體發熱的過程實質是電能轉化為內能的過程。 [問題探究] 電流的熱效應有什么利和弊？ [思考交流] [歸納提升]利：制成加熱設備，如電熱器；弊：引發火災、影響功效、損耗電能等。[情景展示1] [問題探究] 通過觀察圖片,你能提出什么與電熱有關的問題 [思考交流] [歸納提升] 為什么電流通過電暖器時,電阻絲會熱的發紅,而與之串聯的導線卻不怎么熱呢 多舉生活中的電熱器。
探究影響電熱的因素 [情景展示] [問題探究] 電熱跟哪些因素有關 [實驗探究] 1．將 2 根電阻絲串聯在電路中，標出 2 根玻璃管內液面的位置。 2．閉合開關，記下電流表的讀數：__________。 3．經過一段時間后，標出 2 根玻璃管內液面的位置。 4．比較 2 根玻璃管內液面上升的高度，可以推測得出：當電流相等時， 電阻越大，電流產生的熱量越 __________。 5． 當 2 根玻璃管中的液面降回到原來的高度后，減小滑動變阻器的阻值， 閉合開關，記下電流表的讀數：___________。 6．經過與第一次相同時間的通電后，標出甲瓶（或乙瓶）玻璃管內液面的位置。 7．與上次該玻璃管內液面上升的高度相比，可以推測得出：當電阻相等時，電流越大，電流產生的熱量就越 __________。 [歸納提升] Q跟I、R、t有關。①電流和通電時間相等時，電阻越大，電流產生的熱越多。②電阻和通電時間相等時， 電流越大，電流產生的熱越多。③電流和電阻相等時，通電時間越長，電流產生的熱越多。 引導學生利用提供的器材設計實驗，鞏固控制變量法和轉換法在科學探究中的運用。
焦耳定律 關于電熱問題的分析與計算 1840年，科學家焦耳把環形線圈放入裝水的試管內，測量不同電流和電阻時的水溫。通過實驗發現：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。 這個規律最先是由英國科學家焦耳發現的，叫做焦耳定律。 焦耳定律可以用以下的公式表示：Q = I2Rt [情景展示] [問題探究]電吹風機和電熨斗通電時都會發熱，哪種用電器可以認為是將電能全部轉化成了內能？ [思考交流] [歸納提升]電吹風：W=Q+W機；電熨斗：W=Q。電熨斗將電能全部轉化成了內能。 [問題探究]電功與與電熱的關系（W與Q的關系） [思考交流] [歸納提升]①電能沒有全部轉化為內能（非純電阻電路）時，W=UIt 求得總消耗的電能； Q=I2Rt 公式求得內能。②電能全部轉化為內能（純電阻電路）(電熱器電路)時，W = Q=Pt=UIt =U2t/R=I2Rt [情景展示] [問題探究] 結合圖片所示電路,你能總結電熱的相關計算公式嗎 [思考交流] [歸納提升] Q=W=UIt=I2Rt=,這三個公式都可以計算純電阻電路的電熱和電能。計算非純電阻的電熱只能用Q=I2Rt。兩種電路中計算公式不同是因為非純電阻電路的電能主要轉化為其他形式的能。 在純電阻電路中求熱量和電功的公式是通用的。 　計算時要注意各量的關系和步驟的規范性
課堂小結
板書
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第6節 電能（第5課時）
考試這樣考
題型一　電流的熱效應
角度1：生活中的電熱器
1.圖中用電器主要利用電流熱效應工作的是 (　　)
A.電飯鍋 B.電視機 C.抽油煙機 D.洗衣機
角度2：電熱器的能量轉化
2.下列用電器正常工作時,在相同的時間內產生熱量最多的是 (　　)
A.“220 V　60 W”電風扇 B.“220 V　60 W”日光燈
C.“220 V　60 W”電熱器 D.一樣多
類型二　影響電熱的因素的實驗探究
3.在“探究影響電流熱效應的因素”的實驗中:
（1）為了探究電流通過電阻產生的熱量與電流的關系,小明設計了如圖甲所示裝置,在燒
瓶內安裝一根電阻絲,并插入一支溫度計,該實驗通過比較　　 　,來判斷相
同時間內不同電流產生的熱量多少。下面的探究實例中,也是采用這種研究方法的
是　　 (填字母)。
A.探究電流與電壓、電阻的關系 B.用總電阻表示同一段電路中串聯的兩個電阻
C.探究影響動能大小因素的實驗中,小球的動能大小通過木塊被推動的距離來比較
（2）有關實驗中燒瓶內的液體,小明選擇了煤油而不是水,這樣選擇的理由是 　。
（3）小明先測量燒瓶內液體的溫度后,閉合開關,通電30 s再測量燒瓶內液體的溫度,得
到溫度的升高量填入表中,然后移動滑動變阻器的滑片改變電流大小,重復上述操
作,獲得第二組數據(見下表)。
實驗次數 電流/A 通電時間/s 電阻/Ω 溫度升高量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出:同一導體,在通電時間相等時,電流越大,其產生的熱量　　　　。
（4）若要探究電流通過電阻產生的熱量與電阻的關系,可選擇圖乙中　　　　(填“A”
或“B”)燒瓶中的電阻與圖甲中的燒瓶電阻　　　　(填“串聯”或“并聯”)。(三
個燒瓶中的液體質量相等)
類型三 焦耳定律
3.某興趣小組想要利用風扇、發熱電阻等元件，制作一個有低溫擋和高溫擋的暖風機，設計了發熱部分的兩種電路，如圖甲、乙所示。
甲 乙
（1）圖甲中，當開關S閉合、S1斷開時，R1和R2的連接方式是________，此時處于________
擋工作狀態。
（2）若選用圖乙所示電路，電源電壓為24伏，想要實現發熱電阻R3的電功率為120瓦，
則選用R3的阻值應為多少？
（3）按圖乙電路制作的暖風機高溫擋的總功率為200瓦，在高溫擋工作600秒，暖風機
所消耗的電能是多少？
能力提升訓練
1.如圖所示是探究“電流通過導體時產生熱量的多少與哪些因素有關”的實驗裝置。兩個透
明容器中密封著等量的空氣,U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。下列說
法正確的是(　　)
A.甲實驗是為了研究電流產生的熱量與電壓的關系
B.甲實驗通電一段時間后,左側容器內空氣吸收的熱
量更多
C.乙實驗是為了研究電流產生的熱量與電流的關系
D.乙實驗通電一段時間后,右側U形管中液面的高度差比左側的大
2.便攜式無線加濕器，讓你隨時隨地實現加濕自由。某品牌便攜式無線加濕器，通過旋轉開關S接觸不同觸點，實現高、低兩個檔位的轉換，其簡化的工作電路如圖所示，銘牌上的部分參數如下表。完成下列問題：
項目 參數
工作電壓（V） 20
低檔位功率（W） 5
高檔位功率（W） 10
（1）旋轉開關S接觸“bc”兩觸點時，加濕器處于________檔位；
（2）加濕器低檔位工作時，電路通過的電流多大？
（3）加濕器高檔位工作6小時，將消耗多少電能？
參考答案
考試這樣考
1.A 2.C
3.(1)溫度計的示數變化　C　(2)煤油的比熱容小,吸收相同的熱量,溫度變化比較大
(3)越多　(4)B　串聯
4．（1）串聯　　低溫
（2）解：根據P＝UI得：
通過R3的電流：I1＝＝＝5安
電阻R3的阻值：R3＝＝＝4.8歐
答：選用R3的阻值應為4.8歐。
（3）解：暖風機消耗的電能：
W＝Pt＝200瓦×600秒＝1.2×105焦
答：暖風機消耗的電能是1.2×105焦。
能力提升訓練
1.C
2.(1低擋位．(2)0.25A．(3)2.16×105J
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第6節 電能
（第5課時）
浙教版 九年級上
教材解析
【核心概念】
4.能的轉化與能量守恒
【學習內容與要求】
4.1 能的形式、轉移與轉化
⑨通過實驗探究，知道影響電流熱效應的因素。
電熱器是根據電流的熱效應制造的一種用電器，電熱器的主要結構是發熱體，制作發熱體的材料要求熔點高、電阻率大。本節課研究的主要內容是電熱器產熱的多少與電流、電阻和通電時間的關系，焦耳歷經多年通過大量的實驗總結出焦耳定律——Q＝I2 Rt。
創設情境
夏天，你使用電驅蚊器嗎？冬天，你使用電取暖器嗎？平時，用電熱壺燒開水。這些用電器工作時都會發熱。
用電不當，容易引發火災。
你知道它們的工作原理嗎？
探究實踐
電流通過各種導體時，會使導體的溫度升高，這種現象叫做電流的熱效應。
從能量的轉化看，電流通過導體發熱的過程實質上是電能轉化為內能的過程。
電熱器的原理：電流熱效應。
電熱毯
電熨斗
電飯煲
電熱壺
各種各樣的電熱器都是利用電流的熱效應工作的:
探究實踐
思考與討論
1．還有哪些用電器是利用電流的熱效應工作的？
2．電流的熱效應有什么利和弊？
電熱水器
電烙鐵
電爐
電餅鐺
利：制成加熱設備，如電熱器
損耗電能等
弊：引發火災、
影響功效、
電流通過導體產生的熱的多少跟哪些因素有關呢？
探究實踐
電流通過導體產生的熱的多少跟哪些因素有關呢？請根據生活經驗提出你的猜想：
B、同一電熱器，通電時間越長，發熱越多。
C、電熱絲熱的發紅，而導線卻幾乎不發熱。
A、電熱器通電發熱，不通電不發熱。
可能與電流有關，I 越大，Q越大
可能與時間有關，t 越大，Q越大
可能與電阻有關，R越大，Q越大
【猜想與假設】
探究實踐
【設計實驗方案】：
3.產生的熱量大小如何反映？
A、保持I、t一定，探究Q與R的關系
B、保持R、t一定，探究Q與I的關系
1.實驗需采用哪種研究方法？
物體受熱升溫
物體受熱膨脹
2.實驗中需要哪些實驗器材？
2 只燒瓶內裝有煤油，
瓶塞上各插1 根玻璃管，
瓶內各裝1 根阻值不同的電阻絲R甲和R乙。
電源、電流表、開關、滑動變阻器、導線。
（控制變量法）
（轉化法）
液柱上升的高度
探究實踐
【進行實驗，收集證據】：
保持 一定，探究Q與R的關系。
電阻的大小和液柱上升的高度
【課題1】
【對比】 。
I、t
【結論1】通過電熱絲的 相同時，電熱絲的電組
越　　　，電熱就越　　　。
多
大
電流和通電時間
探究實踐
保持 一定，探究Q與I的關系
【課題2】
電流表的示數和液柱上升的高度
【對比】 。
【結論2】電熱絲的 相同時，通過電熱絲的電
流越　 ，電熱就越　　　。
多
大
電阻和通電時間
R、t
【進行實驗，收集證據】：
探究實踐
根據我們的生活經驗，同一電熱器，通電時間越長，發熱越多。
【實驗結論】
③電流和電阻相等時，通電時間越長，電流產生的熱越多。
①電流和通電時間相等時，電阻越大，電流產生的熱越多。
②電阻和通電時間相等時， 電流越大，電流產生的熱越多。
探究實踐
1.實驗用煤油為被加熱的材料有什么好處？為什么？
沒有不導電，煤油的比熱容小，溫度變化明顯。
【實驗反思】
2.在探究Q與R的關系時，采用串聯電路有什么好處？
保持電流和通電時間不變
4.在探究Q與I的關系時，“減小滑動變阻器的阻值”的目的是什么？
增大電流
3.在探究Q與I的關系時，如何保持R不變的？
以同一電阻（R甲或R乙）為研究對象。
探究實踐
1840年，科學家焦耳把環形線圈放入裝水的試管內，測量不同電流和電阻時的水溫。
通過實驗他發現：
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。
這個規律最先是由英國科學家焦耳發現的。
叫做焦耳定律。
焦耳
焦耳定律可以用以下的公式表示：
Q = I2Rt
電流 I 的單位是安，電阻 R 的單位是歐，時間 t 的單位是秒。
1 焦=1 安2 歐 秒
普遍適用于各種電路電熱計算。
探究實踐
思考與討論
電吹風機和電熨斗通電時都會發熱，哪種用電器可以認為是將電能全部轉化成了內能？
W=Q+W機
W=Q
電熨斗將電能全部轉化成了內能。
電吹風機
電熨斗
探究實踐
電流通過導體時，如果電能全部轉化為內能，而沒有轉化為其他形式 的能，那么，電熱就正好等于電功。
這種情況下，焦耳定律也可以利用電功公式和歐姆定律推出。
Q=W
=Pt
P=UI
Q=W=UIt
U=IR
Q=I2Rt
請你自己推導一下:
如果電能全部轉化為內能時，電流產生的熱量，還可以怎么計算？
Q=W=Pt
Q = I2Rt
Q = U I t
Q = U2 t/R
探究實踐
①電能沒有全部轉化為內能（非純電阻電路）時，W=UIt 求得總消耗的電能； Q=I2Rt 公式求得內能。
電功與與電熱的關系（W與Q的關系）
用電器
電能
機械能
內能
其他能
W=UIt
Q=I2Rt
②電能全部轉化為內能（純電阻電路）(電熱器電路)時，
即：W > Q
=Pt=UIt=U2t/R=I2Rt
W = Q
思考與討論
探究實踐
【例題】如圖是電飯鍋的電路圖。電飯鍋工作時有兩種狀態：當自動開關S 接通時，電飯鍋處于加熱狀態，將鍋內的水加熱直到燒開；當自動開關S 斷開時，電飯鍋處于保溫狀態。圖中R2 是加熱用的電熱絲，阻值為55 歐；R1 是電阻，阻值為145 歐。
（1）在加熱狀態下，電飯鍋正常工作30分鐘產生多少熱量？
解：
（1）在加熱狀態下， 開關S接通，電路中只接入電熱絲R2
R2
=
U
I
=
220 伏
55 歐
=
4 安
Q = I2Rt
=（4 安）2×55 歐×30×60 秒
=1.584×106 焦
電飯鍋的電路圖
探究實踐
（2）在保溫狀態下，電飯鍋消耗的功率多大？
解：
（2）在保溫狀態下，開關S斷開，
電阻R1與電熱絲R2相串聯，
R1+R2
=
U
I＇
=
220伏
145歐 + 55歐
=
1.1 安
電飯鍋消耗的功率：
P＇
=
U
I＇
= 220 伏×1.1 安
= 242 瓦
電飯鍋的電路圖
答：（1）電飯鍋正常工作 30 分鐘產生的熱量為 1.584×106 焦。（2）在保溫 狀態下，電飯鍋消耗的功率為 242 瓦。
實踐探究
思考與討論
上面這個問題還可以用什么方法來求解？
因為電飯鍋是電熱器，電能全部轉化為內能，
所以Q=W=Pt=UIt=U2t/R=I2Rt
(1)Q=W=U2t/R=
(220V)2×1800s
55Ω
=1.584×106 焦
(2)P=U2/R總=
(220V)2
200Ω
= 242 瓦
你還有其它解法嗎？請把你的解法寫出來，與同學交流。
課堂小結
保持I、t一定，R越大，Q越大
保持R、t一定，I越大，Q越大
保持R、I一定，I越大，Q越大
焦耳大量
定量實驗
Q = I2Rt
原理：電流的熱效應
能量：電能轉化為內能
常用電熱器
遷移應用
1.下列常見家用電器中不是利用電流熱效應工作的是（ ）
A. 電爐　 B. 電動機 C. 電飯鍋 D. 電熨斗
B
2．關于電流通過導體時產生的熱量，以下說法正確的是（ ）
A．根據Q=I2Rt可知，電阻越大，相同時間內產生的熱量越多
B．根據Q=U2t／R可知，電阻越大，相同時間內產生的熱量越少
C．根據Q=UIt可知，相同時間內，相同時間內產生的熱量與電阻
無關
D．根據Q=I2Rt可知，在電流一定時，電阻越大，相同時間內產生
的熱量越多
D
遷移應用
3.電熨斗通電一段時間后變得很燙，而連接電熨斗的導線卻不怎么熱，這主要是因為（ ）
A.導線的絕緣皮隔熱
B.導線散熱比電熨斗快
C.通過導線的電流小于通過電熨斗的電流
D.導線的電阻遠小于電熨斗電熱絲的電阻
D
4.下列用電器的額定功率都相同，當它們都在額定電壓下工作，在相同時間內，電流產生的熱量最多的是（　　）
A. 空調 B. 電熱水器 C. 洗衣機 D. 吸塵器
B
遷移應用
5.一臺電動機正常工作時線圈兩端的電壓為380V，線圈的電阻為2Ω,線圈中的電流為10A,若這臺電動機正常工作1秒鐘。
求： ①消耗的電能W。②產生的熱量Q。
③該電動機的效率。
解：（1）電動機正常工作1S消耗的電能
W=UIt=380V×10A×1s=3800J
（2）電動機正常工作1S產生的熱量：
Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J
(3) η＝（3800J－200J）/3800J ×100%＝94.7%
板書設計
第6節 電能（第5課時）
電熱器
原理：電流的熱效應
能量：電能→內能
電熱的影響因素：I、R、t
電熱的計算：焦耳定律Q=I2Rt
謝謝
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