2023學(xué)年完整公開課版《焦耳定律》

第4節(jié)焦耳定律

第十八章電功率生活中的物理

情景引入：電腦使用一段時(shí)間后，用手觸摸主機(jī)有什么感覺？為什么？電腦后面有一些小孔，而且有時(shí)能聽到風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音，小孔和風(fēng)扇起什么作用？生活中，許多用電器接通電源后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。請(qǐng)舉例說明。電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。一、電流的熱效應(yīng)利用電流的熱效應(yīng)來加熱的設(shè)備：______電熱器電熱水器電熱水壺電爐電烤箱電飯鍋電熱取暖器

這些用電器工作時(shí)有什么共同特點(diǎn)？電飯鍋電烙鐵熱得快電熱毯電爐子電熨斗常見電熱器：電爐絲和導(dǎo)線通過電流相同，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱?

電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)?觀察思考提出問題：猜想：電流的大小導(dǎo)體電阻的大小通電時(shí)間[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)]討論1.當(dāng)一個(gè)物理量被猜測(cè)與多個(gè)因素有關(guān)，應(yīng)用什么方法去研究？

答:控制變量法討論2.用什么方法和器材去觀察那些不可見的物理量？答：轉(zhuǎn)換法電熱——?dú)怏w（或液體）受熱膨脹，觀察溫度的高低實(shí)驗(yàn)中，通過觀察U形管中液面高度的變化來判斷產(chǎn)生熱量的多少，新方案（控制變量法轉(zhuǎn)換法）條件：現(xiàn)象：結(jié)論：等量煤油，電流相同,時(shí)間相同、電阻不同。B瓶中溫度上升的多。電流和通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。探究實(shí)驗(yàn)與電阻的關(guān)系[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)]

討論1：當(dāng)一個(gè)物理量被猜測(cè)與多個(gè)因素有關(guān)，應(yīng)該用什么方法去研究？

（控制變量法）

討論2：實(shí)驗(yàn)中通過觀察什么現(xiàn)象來比較電流產(chǎn)生的熱量的多少？這種研究方法叫什么法？（轉(zhuǎn)換法）

當(dāng)電流通過電阻絲時(shí)，電流產(chǎn)生的熱量就使瓶中的煤油溫度升高、體積膨脹，導(dǎo)管里面原來一樣高的液柱就會(huì)逐漸上升.

電流產(chǎn)生的熱量越多，液面就會(huì)上升得越高.實(shí)驗(yàn)中，通過觀察_____________來比較電流產(chǎn)生的熱量的多少.管中液面上升的高度實(shí)驗(yàn)1：研究電熱與電阻關(guān)系R1=10ΩR2=5ΩA控制不變的量是：__________電流通電時(shí)間電阻絲在電流、通電時(shí)間相同時(shí)，阻值

大

的電阻產(chǎn)生的熱量多.實(shí)驗(yàn)1：研究電熱與電阻關(guān)系R1=10ΩR2=5Ω電阻絲在電阻、通電時(shí)間相同時(shí)，電流

大

的電阻產(chǎn)生的熱量多.實(shí)驗(yàn)2：研究電熱與電流關(guān)系R1=5ΩR2=5ΩR3=5Ω實(shí)驗(yàn)2：研究電熱與電流關(guān)系I=2I1IAR=5ΩR=5ΩR=5ΩI1在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過一個(gè)電阻的電流越大.這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多.控制不變的量是：__________現(xiàn)象：電流較大的這邊的液柱上升較高．結(jié)論：電阻通電時(shí)間實(shí)驗(yàn)3：研究電熱與通電時(shí)間的關(guān)系在電流相同、電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長(zhǎng)，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多.控制不變的量是：__________現(xiàn)象：通電時(shí)間長(zhǎng)的這邊的液柱上升較高．結(jié)論：電流電阻1、在電流、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多.（I與t相同，R越大，Q越多）2、在通電時(shí)間、電阻相同的情況下，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多.（R與t相同，I越大，Q越多）3、在電阻、電流相同的情況下，通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多.（R與I相同，t越大，Q越多）英國(guó)物理學(xué)家焦耳做了大量的實(shí)驗(yàn)，于1840年最先精確地確定電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系，即焦耳定律.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：焦耳定律Q=I2Rt熱量電流電阻時(shí)間JAΩS公式：意義：?jiǎn)挝唬航苟桑弘娏魍ㄟ^導(dǎo)體產(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。焦耳(1818－1889)焦耳定律的理論推導(dǎo)

電流通過導(dǎo)體時(shí)，如果消耗電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，那么，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W。即:

Q=W=UIt=IRIt=I2Rt焦耳定律Q=I2Rt熱量電流電阻時(shí)間JAΩS2.公式：

意義：

單位：1.內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(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。

焦耳

(1818－1889)二、焦耳定律

當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時(shí)轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，那么電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W，即Q=W=UIt=I2Rt(如：電暖器，電飯鍋，電爐子等)

當(dāng)電扇工作時(shí)，消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為電機(jī)的機(jī)械能：

W＞Q熱3.電能和電熱關(guān)系電能內(nèi)能+機(jī)械能此時(shí)：Q=W=Pt=UIt=

U2Rt我們學(xué)了焦耳定律，怎樣回答前面的問題？4.應(yīng)用解釋：導(dǎo)線和電爐絲串聯(lián)，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱呢？

答：電爐通過導(dǎo)線接到電路中，導(dǎo)線中的電流跟電爐絲中的電流相等，但電爐絲的電阻比連接電爐絲的導(dǎo)線電阻大得多，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt知，電流相等時(shí)，電阻大的，相同時(shí)間里放出的熱較多，所以電爐絲很熱，而導(dǎo)線卻不熱。Q=I2Rt

=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J一根60Ω的電阻絲接在36V的電源兩端，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量?答:在5min內(nèi)共產(chǎn)生6480J熱量。解:5.例題解答：I=

=

=0.6AUR36V60Ω小小辯論會(huì):辯題：電熱是有利的還是有害的？（正方觀點(diǎn)：有利的。反方觀點(diǎn)：有害的。）要求：請(qǐng)正反雙方舉例支持自己的觀點(diǎn)。限時(shí)一分鐘。1.電流通過導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為熱的現(xiàn)象，叫電流的熱效應(yīng)。2.焦耳定律：Q=I2Rt小結(jié)拓展3、電熱的利用：電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電孵化器等等。4、電熱的防止：電視機(jī)后蓋的散熱窗、電腦主機(jī)里面的小電風(fēng)扇等等。一根60?的電阻絲接在36V的電源上,在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量？解：通過電阻絲的電流為：UI=__R=36V60?=0.6A電流產(chǎn)生的熱量為：Q=I2Rt=(0.6)2×60×5×60J=6480J1.電流的熱效應(yīng)是電流通過導(dǎo)體時(shí)_____轉(zhuǎn)化成____的現(xiàn)象。電熱器是利用電流的_______制成的加熱設(shè)備。電能熱2.“在研究電流產(chǎn)生的熱量跟電流的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)保持_____、_____一定，用___________改變電阻絲的電流。3.一根100Ω的電阻絲通過的電流是2A，它的電功率是___W通電1min時(shí)產(chǎn)生的熱量是_______J。4.電阻R1、R2串聯(lián)在電路中，R1=4，R2=6，則P1:P2=_____。Q1:Q2=______。熱效應(yīng)電阻時(shí)間滑動(dòng)變阻器400240002:32:3整合訓(xùn)練自我展示：1、一個(gè)40Ω的電阻，通過0.3A的電流，則通電______min釋放熱量為2160J.2、兩個(gè)電熱器的電阻之比為4︰3，通過相同的電流，在相等的時(shí)間里產(chǎn)生的熱量之比為_____；若兩個(gè)電熱器的電阻相同，通過的電流為1︰3，在相等的時(shí)間里產(chǎn)生的熱量之比為_____。101︰94︰34、一個(gè)20Ω的電阻，通過0.5A的電流，2min產(chǎn)生的熱量為___。600J.3、兩根長(zhǎng)度相同，粗細(xì)不等的鎳鉻合金電阻絲，串聯(lián)以后接入電源兩端，在相同的時(shí)間內(nèi)電阻絲上的放熱情況是（）A、一樣多B、粗的較多C