2023学年完整公开课版《焦耳定律》

第4节焦耳定律

第十八章电功率生活中的物理

情景引入：电脑使用一段时间后，用手触摸主机有什么感觉？为什么？电脑后面有一些小孔，而且有时能听到风扇转动的声音，小孔和风扇起什么作用？生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。请举例说明。电流通过导体时电能转化成内能，这个现象叫做电流的热效应。一、电流的热效应利用电流的热效应来加热的设备：______电热器电热水器电热水壶电炉电烤箱电饭锅电热取暖器

这些用电器工作时有什么共同特点？电饭锅电烙铁热得快电热毯电炉子电熨斗常见电热器：电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?

电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?观察思考提出问题：猜想：电流的大小导体电阻的大小通电时间[设计实验]讨论1.当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用什么方法去研究？

答:控制变量法讨论2.用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？答：转换法电热——气体（或液体）受热膨胀，观察温度的高低实验中，通过观察U形管中液面高度的变化来判断产生热量的多少，新方案（控制变量法转换法）条件：现象：结论：等量煤油，电流相同,时间相同、电阻不同。B瓶中温度上升的多。电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。探究实验与电阻的关系[设计实验]

讨论1：当一个物理量被猜测与多个因素有关，应该用什么方法去研究？

（控制变量法）

讨论2：实验中通过观察什么现象来比较电流产生的热量的多少？这种研究方法叫什么法？（转换法）

当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的煤油温度升高、体积膨胀，导管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升.

电流产生的热量越多，液面就会上升得越高.实验中，通过观察_____________来比较电流产生的热量的多少.管中液面上升的高度实验1：研究电热与电阻关系R1=10ΩR2=5ΩA控制不变的量是：__________电流通电时间电阻丝在电流、通电时间相同时，阻值

大

的电阻产生的热量多.实验1：研究电热与电阻关系R1=10ΩR2=5Ω电阻丝在电阻、通电时间相同时，电流

大

的电阻产生的热量多.实验2：研究电热与电流关系R1=5ΩR2=5ΩR3=5Ω实验2：研究电热与电流关系I=2I1IAR=5ΩR=5ΩR=5ΩI1在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大.这个电阻产生的热量越多.控制不变的量是：__________现象：电流较大的这边的液柱上升较高．结论：电阻通电时间实验3：研究电热与通电时间的关系在电流相同、电阻相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多.控制不变的量是：__________现象：通电时间长的这边的液柱上升较高．结论：电流电阻1、在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多.（I与t相同，R越大，Q越多）2、在通电时间、电阻相同的情况下，电流越大，产生的热量越多.（R与t相同，I越大，Q越多）3、在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多.（R与I相同，t越大，Q越多）英国物理学家焦耳做了大量的实验，于1840年最先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律.实验结论：焦耳定律Q=I²Rt热量电流电阻时间JAΩS公式：意义：单位：焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。焦耳(1818－1889)焦耳定律的理论推导

电流通过导体时，如果消耗电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W。即:

Q=W=UIt=IRIt=I2Rt焦耳定律Q=I²Rt热量电流电阻时间JAΩS2.公式：

意义：

单位：1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

焦耳

(1818－1889)二、焦耳定律

当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt=I2Rt(如：电暖器，电饭锅，电炉子等)

当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：

W＞Q热3.电能和电热关系电能内能+机械能此时：Q=W=Pt=UIt=

U2Rt我们学了焦耳定律，怎样回答前面的问题？4.应用解释：导线和电炉丝串联，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热呢？

答：电炉通过导线接到电路中，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等，但电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt知，电流相等时，电阻大的，相同时间里放出的热较多，所以电炉丝很热，而导线却不热。Q=I2Rt

=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J一根60Ω的电阻丝接在36V的电源两端，在5min内共产生多少热量?答:在5min内共产生6480J热量。解:5.例题解答：I=

=

=0.6AUR36V60Ω小小辩论会:辩题：电热是有利的还是有害的？（正方观点：有利的。反方观点：有害的。）要求：请正反双方举例支持自己的观点。限时一分钟。1.电流通过导体时，电能转化为热的现象，叫电流的热效应。2.焦耳定律：Q=I²Rt小结拓展3、电热的利用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电孵化器等等。4、电热的防止：电视机后盖的散热窗、电脑主机里面的小电风扇等等。一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上,在5min内共产生多少热量？解：通过电阻丝的电流为：UI=__R=36V60Ω=0.6A电流产生的热量为：Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60J=6480J1.电流的热效应是电流通过导体时_____转化成____的现象。电热器是利用电流的_______制成的加热设备。电能热2.“在研究电流产生的热量跟电流的关系”的实验中，应保持_____、_____一定，用___________改变电阻丝的电流。3.一根100Ω的电阻丝通过的电流是2A，它的电功率是___W通电1min时产生的热量是_______J。4.电阻R1、R2串联在电路中，R1=4，R2=6，则P1:P2=_____。Q1:Q2=______。热效应电阻时间滑动变阻器400240002:32:3整合训练自我展示：1、一个40Ω的电阻，通过0.3A的电流，则通电______min释放热量为2160J.2、两个电热器的电阻之比为4︰3，通过相同的电流，在相等的时间里产生的热量之比为_____；若两个电热器的电阻相同，通过的电流为1︰3，在相等的时间里产生的热量之比为_____。101︰94︰34、一个20Ω的电阻，通过0.5A的电流，2min产生的热量为___。600J.3、两根长度相同，粗细不等的镍铬合金电阻丝，串联以后接入电源两端，在相同的时间内电阻丝上的放热情况是（）A、一样多B、粗的较多C