18.4课时 （教学设计）焦耳定律-2021-2022学年九年级物理下册

18.4课时焦耳定律教学设计知识点一：电流的热效应定义：电流通过导体时将电能转化为内能，这种现象叫电流的热效应。如：电流流过灯丝时，灯泡发热；电热毯通电后会发热……电热器：电烙铁、电熨斗、电炉、电饭锅、电暖器、电烤箱、电热水器等利用电流的热效应进行工作，所有的电热器都是把电能转化为内能。知识点二：电流通过导体时产生的热量多少跟什么因素有关提出问题：电流通过导体产生的热量多少与什么因素有关？实验方法：控制变量法、转换法猜想并进行实验：（1）探究电流产生的热量与电阻的关系将两个容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流相同，通电一段时间后，比较两个容器中U型管液面的高度变化情况，发现与右边容器相连的U型管液面高度变化更大一些。如图所示注意：①本实验中电热的多少通过空气受热膨胀U型管两侧液面高度变化不同来反应，转换法的利用，故需要在U型管中装有等量的空气。②实验中U型管中装的液体是煤油，因为煤油比热容小，升温快，同时，煤油是绝缘体，不导电，具有安全性。结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多探究电流产生的热量与电流的关系如图所示，两个密闭容器中的电阻丝阻值都是5Ω，在右侧容器的外部，将一个5Ω的电阻与这个电阻并联，因此通过左侧容器中电阻丝的电流大于通过通过右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同时，观察两个U型管中液面高度的变化。发现与左侧容器相通的U型管液面变化更大一些。结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。注意：实验中用电阻丝对空气加热可以缩短实验时间，并会使实验现象更加明显，实验中应使两容器密闭，不能漏气。探究电流产生的热量与时间的关系如图所示，将这套装置接到电源两端，在通电过程中，只观察与左边容器相通的U型管的液面高度变化情况，发现随着通电时间越长，U型管中液面高度变化越大。结论：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知识点三：焦耳定律内容：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。这个规律叫做焦耳定律。公式：，在国际单位制中，电热的单位是焦耳，符号“”焦耳定律的理论推导：电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有转化为其他形式的能，那么电流做功产生的热量Q等于电能的消耗量，即，再根据欧姆定律可知，。焦耳定律适用于所有电路的电热计算，使用时各物理量单位要分别统一为。纯电阻电路焦耳定律：电能全部转化为内能。、由上述两个公式可知，在家庭电路中，如果同时打开的用电器越多，则总电阻越小，则总功率越大，在相同时间产生的热量越多，超过空气开关允许的最大功率。出现跳闸现象。补充：空气开关，又名空气断路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。非纯电阻电路焦耳定律：电能转化机械能和内能。（计算总能量）、（计算内能）、（计算其他形式的能）（计算总功率）、（计算热功率）、（计算其他形式能的功率）注意：电动机上的功率表示机械功率，即输出功率。电视机、电动机、电暖器额铭牌上都标有“220V100W”，把他们并联在220V的电压下，在相同时间里它们产生的热量是不一样的。因为100W指的是电流做功的功率，计算出来的是电流做功的总能量，对于电视机、电动机来说，有部分内能是损失的，故电暖器产生的内能是最多的。（5）二级结论：在纯电阻串并联电路中电热与电阻的关系：①在只有电阻R1和R2的串联电路中，电热和电阻成正比，即；②在只有R1和R2并联的电路中，通电时间相同，电热与电阻成反比，即③串并联电路中，总热量与各个用电器热量的关系：补充：电流在不同的环境中会产生不同的效应。电流的热效应、磁效应、化学效应。知识点四：电热的利用和防止电热器是利用电热的设备，它是利用电流的热效应来进行工作的。在有一些用电器工作时，电能会转化为其他形式的能。例如电视机、计算机、电动机、高压输电线。都不可避免会产生一些内能，倒置温度升高，所以很多家用电器采用设置散热孔、散热片或在发热体部分安装电风扇等方法进行散热。课堂练习一、单选题1．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（）A．电暖气 B．计算器 C．电视机 D．笔记本电脑2．如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是（）A．U甲＞U乙，Q甲＞Q乙 B．U甲＜U乙，Q甲＜Q乙C．U甲＜U乙，Q甲＞Q乙 D．U甲＝U乙，Q甲＝Q乙3．下图是某家用电热器内部电路结构图，其中R1、R2为加热电阻丝（R1>R2）下列关于电阻丝的四种连接方式，可使电热器提供不同的发热功率，其中大小说法正确的是（）A．甲的连接方式发热功率最小B．乙的连接方式发热功率最小C．丙的连接方式发热功率最大D．丁的连接方式发热功率最小4．电炉工作时，根据焦耳定律可知，相同时间内电炉丝产生的热量比导线多，所以电炉丝热得发红而连接电炉丝的导线不太热，其原因是（）A．电炉丝的电阻较大 B．电炉丝与导线是并联的C．电炉丝的横截面大 D．通过电炉丝的电流较大二、填空题5．电热和电功：两个____（填“相同”或“不同”）的物理量。在纯电阻电路中，即电能全部转化为内能时，电热在数值上与电功________（填“相等”或“不相等”），此时所有公式都________。6．在电流相同，通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越_____，即：电流通过导体产生的热量多少与_____有关；在电阻和通电时间相同时_____越大，电路产生的热量越多，即电流通过导体产生的热量多少与_____有关；在电阻和电流相同时_____越长，电路产生的热量越多，即电流通过导体产生的热量多少与_____有关，这是_______法。7．探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关，两个透明的容器中密闭了____的空气，有时也用煤油，利用的是煤油________较低，受热后温度变化明显的特点。8．电流通过导体产生的热量与哪些因素有关实验中通过观察__________来比较电流通过电阻产生的热量的多少，这是_______法。9．电流的热效应的实质：____________，应用及优点：（1）清洁卫生，没有____________；（2）热效率高，使用____________；（3）能方便的__________________。10．__________________，这种现象叫电流的热效应。参考答案1．A【解析】利用电流热效应工作的用电器电能主要转化为内能．A.电暖气，工作时将电能转化为内能，利用了电流的热效应，故A符合题意；B.计算器，主要利用电流处理信息，没有利用电流的热效应，故B不符合题意；C.电视机，利用电流处理信息，将电能转化为光能和声音，没有利用电流的热效应，故C不符合题意；D.笔记本电脑，利用电流处理信息，将电能转化为光能和声音，没有利用电流的热效应，故D不符合题意；故选A．2．A【解析】从图中可以看到，这两个灯泡是串联的，流过的电流大小相等，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值，根据可知，；根据可知，时间相同，流过的电流大小相同，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值，那么。故选A。3．B【分析】甲的连接方式时，R1被短路，只有R2被接入电路，总电阻为R2；乙的连接方式时，两个电阻是串联的，总电阻为两电阻之和；丙的连接方式时，只有R1被接入电路，总电阻为R1；丁的连接方式时，两电阻是并联的，总电阻小于任何一个电阻；由以上分析判断即可。【解析】ABC．乙的连接方式电阻为最大，所以发热功率应最小，所以B正确，AC错误。D．丁的连接方式电阻最小，发热功率应最大，所以D错误；故选B。4．A【解析】电炉子在使用时，电炉丝和导线串联，串联时电流相等，即，通电时间t相同；因为电炉丝电阻大，导线电阻小，即，根据可知，电炉丝产生的热量多，即；从而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象．故选A．【点睛】牢记焦耳定律即，导线与发热体串联，电流是相等的，通电时间也相等，只有电阻不等，导线的电阻小，所以发热少．5．不同相等通用【解析】[1][2][3]电功指的是电流做了多少功，这些能量可能部分转化为内能，也可能全部转化为内能，电热指的是电流所做的功转化为内能的部分，所以电热和电功不是相同的物理量。纯电阻电路中，电能全部转化为内能了，这时，电热在数值上等于电功，此时电功的所有公式和电热的公式通用。6．多电阻电流电流通电时间通电时间控制变量【解析】[1][2]在电流相同，通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，即：电流通过导体产生的热量多少与电阻有关。[3][4]在电阻和通电时间相同时电流越大，电路产生的热量越多，即电流通过导体产生的热量多少与电流有关。[5][6][7]在电阻和电流相同时通电时间越长，电路产生的热量越多，即电流通过导体产生的热量多少与通电时间有关，这是控制变量法。7．等量比热容【解析】[1][2]探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关实验中，需要控制密闭容器中的空气或煤油的质量相等，煤油的比容较低，受热后实验现象明显。8．U形管中液面高度差转换【解析】[1][2]探究电流热效应的与哪些因素有关的实验中，