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(共36張PPT)
15.4 焦耳定律
第十五章 電能與電功率
逐點(diǎn)
導(dǎo)講練
課堂小結(jié)
作業(yè)提升
課時(shí)講解
1
課時(shí)流程
2
影響通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的因素
焦耳定律
電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制
知識(shí)點(diǎn)
影響通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的因素
知1－講
1
實(shí)驗(yàn)探究 通電導(dǎo)體放出的熱量與哪些因素有關(guān)。
猜想與假設(shè) 結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與通電時(shí)間、電流、電阻有關(guān)。
實(shí)驗(yàn)方法
(1)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能與多個(gè)因素有關(guān)，需利用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
知1－講
(2)如圖1所示，把導(dǎo)體放出的熱量轉(zhuǎn)換為煤油吸收的熱量來表示。而煤油吸熱升溫，所以可通過溫
度計(jì)升高的示數(shù)來顯示導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多
少，溫度計(jì)升高的示數(shù)越多，說明產(chǎn)生的
熱量越多。
知1－講
方法點(diǎn)撥
在錐形瓶中放入等量的煤油，在該實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)意圖
(1)在不計(jì)熱量損失的情況下，電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量全部被煤油吸收，由Q＝cmΔt可知，在c、m一定的情況下，可以通過Δt(溫度計(jì)的示數(shù)變化)來間接反映電流產(chǎn)生熱量的多少。
(2)采用煤油而不是水是因?yàn)槊河偷谋葻崛葺^小，在吸收相同熱量時(shí)，煤油的溫度變化大，易于觀察。
知1－講
實(shí)驗(yàn)一：探究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電阻的關(guān)系。
1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：要探究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻是否有關(guān)，應(yīng)控制通電時(shí)間、電流不變，改變電阻。根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，可選取兩根阻值不同的電阻絲串聯(lián)接入電路，以保證電流和通電時(shí)間
相同，所以實(shí)驗(yàn)裝置
圖和電路圖如圖2
所示。
知1－講
2. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
(1)按照設(shè)計(jì)好的電路圖連接電路。
(2)閉合開關(guān)，保持電路中的電流大小不變，每隔 1 min記錄一次溫度計(jì)的示數(shù)，并填寫到設(shè)計(jì)好的表格中。
時(shí)間/min 0 1 2 3 4 5
溫度/℃ R1＝5 Ω 10 12 14 16 18 20
R2＝10 Ω 10 14 18 22 26 30
知1－講
3. 分析與論證
分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到：當(dāng)電流和通電時(shí)間一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。
知1－講
思想方法
轉(zhuǎn)換法：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少不容易通過工具直接測(cè)量，需要將其轉(zhuǎn)換為容易觀察的現(xiàn)象或容易測(cè)量的物理量。如圖4所示，根據(jù)“氣體熱脹冷縮”的原理，可以通過液柱的高度差或氣球的膨脹程度來顯示電流產(chǎn)生熱量的多少。
知1－講
實(shí)驗(yàn)二：探究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通電導(dǎo)體的電流的關(guān)系。
1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：要探究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流是否有關(guān)，應(yīng)控制通電時(shí)間、電阻不變，改變電流的大小。實(shí)驗(yàn)裝置圖和電路圖如圖3所示。
知1－講
2. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
(1)按照設(shè)計(jì)好的電路圖連接電路。
(2)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，保持電路中的電流大小為0.2 A 不變，每隔1 min 記錄一次溫度計(jì)的示數(shù)，并填寫到設(shè)計(jì)好的表格中。
知1－講
(3)取質(zhì)量、初溫都與上述實(shí)驗(yàn)相同的煤油，按設(shè)計(jì)好的電路圖連接電路，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，保持電路中的電流大小為0.4 A 不變，每隔1 min記錄一次溫度計(jì)的示數(shù)，并填寫到設(shè)計(jì)好的表格中。
時(shí)間/min 0 1 2 3 4 5
溫度/℃ 電流I1＝0.2 A 10 12 14 16 18 20
電流I2＝0.4 A 10 18 26 34 42 50
知1－講
3. 分析與論證
分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到：當(dāng)電阻和通電時(shí)間一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。
從實(shí)驗(yàn)一和二中可以看出：當(dāng)電阻和電流一定時(shí)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多。
綜上所述：通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體的電阻、導(dǎo)體中的電流以及通電時(shí)間有關(guān)。
知1－練
例 1
如圖5是探究影響通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的因素的實(shí)驗(yàn)裝置。在兩個(gè)相同的燒瓶中裝入質(zhì)量、初溫相同的煤油，插入兩支相同的溫度計(jì)，
瓶中電阻絲為定值電阻，
其關(guān)系為R甲＞ R乙。
知1－練
解題秘方：探究電熱影響因素時(shí)，運(yùn)用串聯(lián)電路的電流相等來控制電流和通電時(shí)間相同。通過相同的燒瓶裝相同的液體來比較產(chǎn)生電熱的多少。
知1－練
(1)實(shí)驗(yàn)中，通過觀察__________________來判斷電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少。
解析：根據(jù)轉(zhuǎn)換法可知，實(shí)驗(yàn)中，我們通過溫度計(jì)升高的示數(shù)反映導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少。
溫度計(jì)升高的示數(shù)
知1－練
(2)閉合開關(guān)一段時(shí)間，觀察到甲瓶中煤油的溫度高于乙瓶中煤油的溫度。這表明在________________相同時(shí)，_______越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。
解析：兩個(gè)電阻絲串聯(lián)，通電時(shí)間和電流相同，電阻絲的阻值不同，閉合開關(guān)一段時(shí)間，電阻絲R甲的阻值大，甲瓶中煤油的溫度高于乙瓶中煤油的溫度，這說明甲瓶中導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多，故結(jié)論為在電流和通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。
電流和通電時(shí)間
電阻
知1－練
(3)實(shí)驗(yàn)探究過程中用到的物理研究方法是______法和_________法。
解析：實(shí)驗(yàn)中采用的方法是轉(zhuǎn)換法和控制變量法。
轉(zhuǎn)換
控制變量
知1－練
1. [中考·沈陽] 如圖是探究“電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置，透明容器A和B中密封著等質(zhì)量的空氣，U形管中液面相平。
知1－練
(1)將兩容器中的電阻絲R1和R2串聯(lián)起來接到電源兩端，通電一段時(shí)間后，觀察比較兩個(gè)裝置中U形管液面高度差的大小關(guān)系，來探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與___________的關(guān)系。
電阻大小
知1－練
(2)實(shí)驗(yàn)中如果單獨(dú)觀察R1或R2所在裝置，會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著通電時(shí)間的增加，U形管中液面的高度差增大，這表明在電阻和電流不變時(shí)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越______。
多
知2－講
知識(shí)點(diǎn)
焦耳定律
2
1. 內(nèi)容 電流通過導(dǎo)體時(shí)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
(1)基本公式：Q＝I2Rt。
(2)推導(dǎo)公式：Q＝t＝UIt＝Pt＝W。
3. 單位 熱量的單位和電功的單位相同，也是焦耳。
焦耳定律公式 Q＝I2Rt結(jié)合歐姆定律公式I＝推導(dǎo)出來的。
知2－講
4. 電熱計(jì)算的要點(diǎn)
(1)焦耳定律公式Q＝I2Rt普遍適用；推導(dǎo)公式Q＝t＝UIt＝Pt＝W，只適用于電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路(俗稱純電阻電路)。
(2)用焦耳定律公式及其推導(dǎo)公式計(jì)算時(shí)，電壓的單位是 V、電流的單位是 A、電阻的單位是 Ω、時(shí)間的單位是 s，計(jì)算結(jié)果熱量的單位才是 J。
知2－講
拓展延伸
電功(或消耗的電能 )與電熱間的關(guān)系：
電功和電熱的計(jì)算公式分別為W＝UIt、Q＝I2Rt，均適用于所有電路。
在純電阻電路中，由于電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，所以 W＝Q。
在非純電阻電路中，電能只有一部分轉(zhuǎn)化為電熱，即W＞Q。
知2－練
[中考·安徽]在某汽車尾部的擋風(fēng)玻璃上，有一種電加熱除霧裝置，它由5條阻值均為12 Ω的電阻絲并聯(lián)而成，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖6所示。該裝置與12 V 的汽車電池接通工作1 min，產(chǎn)生的總熱量為
______J。
例 2
3 600
知2－練
解題秘方：解答本題用到并聯(lián)電路電阻的規(guī)律、歐姆定律公式和焦耳定律公式。
解析：根據(jù)并聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)可知，5條阻值為12 Ω的電阻絲并聯(lián)的總電阻 R并＝＝2.4 Ω，I＝＝＝ 5 A，電加熱除霧裝置1min產(chǎn)生的總熱量Q＝I2R并t＝(5 A)2
×2.4 Ω×1×60 s ＝3 600J。
知2－練
2. [中考·金昌] 如圖所示，電源電壓為 9 V且保持不變。閉合開關(guān)后，電流表A1的示數(shù)為0.4 A，電阻R2＝15 Ω。求：
(1)電流表A2的示數(shù)。
(2)1分鐘內(nèi)電阻R2上產(chǎn)生的熱量。
知2－練
知2－練
知3－講
知識(shí)點(diǎn)
電流熱效應(yīng)的應(yīng)用與控制
3
1. 電流的熱效應(yīng)
(1)定義：電流通過導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象，叫做電流的熱效應(yīng)。
(2)實(shí)質(zhì)：電流通過導(dǎo)體發(fā)熱的過程就是電流做功的過程，即電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。
知3－講
2. 電熱器 主要利用電流的熱效應(yīng)工作的裝置稱為電熱器。
3. 電熱的應(yīng)用 電流的熱效應(yīng)在科研、生產(chǎn)、生活中被廣泛應(yīng)用，日常生活中電熱器就是利用電流的熱效應(yīng)工作的，如電熨斗、電烤箱、電熱毯等。
4. 電熱的控制 電熱會(huì)使用電器溫度過高，影響用電器的工作、使用壽命，甚至損壞用電器，這就需要散熱。因此很多用電器上采用裝有散熱孔、散熱風(fēng)扇等方法散熱。
知3－講
技巧點(diǎn)撥
熟悉各種常見用電器的作用，依據(jù)使用目的分析用電器工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化，進(jìn)而判斷該用電器是利用電熱還是防止電熱可能帶來的危害。
知3－練
下列現(xiàn)象或裝置，利用了電流熱效應(yīng)的是( )
①電視機(jī)后蓋有許多小孔；②電動(dòng)機(jī)外殼上裝散熱片；③長(zhǎng)期不用的電視機(jī)隔一段時(shí)間通電一次去潮濕；④白熾燈；⑤電腦機(jī)箱里裝有小風(fēng)扇；⑥電暖手寶。
A. ①②⑥ B. ①②⑤ C. ③④⑥ D. ②③⑥
例 3
知3－練
解析：電視機(jī)后蓋有許多小孔、電動(dòng)機(jī)外殼上裝有散熱片、電腦機(jī)箱里裝有小風(fēng)扇都是為了散熱，故①②⑤不符合題意；長(zhǎng)期不用的電視機(jī)，隔一段時(shí)間通電一次，利用電熱給電視機(jī)驅(qū)潮，故③符合題意；白熾燈通電后發(fā)熱發(fā)光，是利用電流的熱效應(yīng)工作的，故④符合題意；電暖手寶通電后將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是利用電流的熱效應(yīng)工作的，故⑥符合題意。
答案：C
知3－練
3. [中考·福建] 下列利用電流熱效應(yīng)工作的用電器是(　　)
A. 電視機(jī) B. 電風(fēng)扇
C. 電腦 D. 電爐
D
焦耳定律
電熱
焦耳定律
應(yīng)用與控制
影響因素

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