人教版九年级全一册物理学案：18.4焦耳定律

人教版九年级全一册物理学案：18.4焦耳定律一、案例分析1.1案例背景九年级物理课上，老师正在讲解能量转化与能量守恒原理。学生们初步了解了物体的能量可以在不同形式之间相互转化，并且在转化过程中总能量守恒。为了帮助学生更好地理解焦耳定律，老师设计了一道案例题目。1.2案例题目题目内容：一根长度为1m、质量为1kg的直铁棒，初始温度为200°C，待加热的电源电压为220V，电流为5A。要使这根铁棒温度升高到270°C，需要加热多久？1.3案例目标通过解答这个案例题目，学生将能够：-理解焦耳定律的基本原理；-运用焦耳定律计算电能转化为热能的过程；-掌握焦耳定律的公式和相关知识。二、案例解答2.1理解焦耳定律焦耳定律是指在电流通过导体时，导体单位时间内放热的热量与电流强度、电阻值和时间的关系。焦耳定律的数学表达式为：Q=I²Rt，其中Q表示单位时间内导体放热的热量（焦耳），I表示电流强度（安培），R表示电阻值（欧姆），t表示时间（秒）。2.2解答步骤根据题目中给出的信息，我们可以按照以下步骤来解答这个案例题目：步骤一：计算电阻值R根据题目给出的电压和电流，可以使用欧姆定律计算导体的电阻值。根据欧姆定律公式：R=U/I，其中U表示电压（伏特），I表示电流强度（安培）。代入题目中给出的数值计算得：R=220/5=44欧姆。步骤二：计算所需放热热量Q根据焦耳定律公式：Q=I²Rt，已知电流强度I为5A，电阻值R为44欧姆，时间t未知。将所需的温度变化转化为焦耳单位，需放热热量Q可表示为：Q=mCΔT，其中m表示物体质量（千克），C表示物体单位质量的比热容（焦耳/千克·摄氏度），ΔT表示温度变化（摄氏度）。代入题目给出的数值计算得：(1)(C×ΔT)=Q。步骤三：代入物体质量、ΔT和C的数值根据题目给出的物体的长度和质量，可以根据物体的形状和密度计算出物体的质量。代入题目给出的数值计算得：物体质量m=1kg。步骤四：计算所需加热时间t由步骤一、步骤二和步骤三的计算结果可得，要使物体温度升高到270°C，所需的加热时间t可表示为：t=(1)(C×ΔT)/(I²R)。代入题目给出的温度变化ΔT和所求的热量Q的数值计算得：t=(1)(C×ΔT)/(I²R)。（略去具体计算过程）步骤五：计算得出最终答案根据所求的加热时间t的数值计算结果，得出答案：所需加热多久为t秒。三、知识拓展3.1应用举例焦耳定律的应用非常广泛。在日常生活中，我们常常会遇到需要计算导体放热热量的情况，如电炉、热水器等电器的工作原理都涉及到焦耳定律。3.2温度和能量的关系根据焦耳定律，导体的温度升高与放热热量密切相关。当导体受到热源加热时，导体的温度会上升；而当导体放热时，导体的温度会下降。这是因为热量是导体内部分子的动能，在加热过程中，分子的动能增加导致温度升高，而释放热量则使分子的动能减少导致温度下降。四、总结通过解答这个案例题目，我们学习了焦耳定律的基本原理和计算方法。焦耳定律用于计算导体放热热量，通过电流、电阻和时间三个因素的综合作用，可以计算出导体放热时所需的加热时间。在日常生活中，焦耳定