资源描述
第十八章第十八章 电功率电功率 学习新知学习新知检测反馈检测反馈第4节 焦耳定律九年级物理上九年级物理上 新课标新课标 人人 问题思考 多媒体展示家庭电路中使用大功率用电器引起火灾视频：学学 习习 新新 知知电流的热效应电流的热效应生活中生活中. .许多用电器接通电源后许多用电器接通电源后. .都伴有热现象产生都伴有热现象产生. .电流通过导体时电能转化为内能，这种现象电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应叫做电流的热效应.灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得流，灯泡和电线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不出来。这是为什么？发光，电线的发热却觉察不出来。这是为什么？烫手烫手不烫手着火着火了！了！whywhy？家庭电路中使用功率过大的用电家庭电路中使用功率过大的用电器可能引起火灾，这又是为什么？器可能引起火灾，这又是为什么？烫烫手手不烫不烫手手家庭电路中使家庭电路中使用功率过大的用功率过大的用电器可能引用电器可能引起火灾。起火灾。灯泡接入电路中时，灯泡接入电路中时，灯泡和电线中流过相灯泡和电线中流过相同的电流，灯泡和电同的电流，灯泡和电线都要发热，可是实线都要发热，可是实际上灯泡热得发光，际上灯泡热得发光，电线的发热却觉察不电线的发热却觉察不出来。出来。要解释上述两个现象，我们必须研究要解释上述两个现象，我们必须研究电流产生的热量与哪些因素有关电流产生的热量与哪些因素有关.电流通过导体产生热的多少电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关？跟什么因素有关？ 猜想与假设猜想与假设 1.1.可能与可能与电阻电阻有关。电阻越大，电流热效应越大有关。电阻越大，电流热效应越大电流的热效应与那些因素有关？电流的热效应与那些因素有关？2.2.可能与可能与电流电流有关。电流越大，电流热效应越大有关。电流越大，电流热效应越大3.3.可能与可能与通通电时间电时间有关。通电时间越长，电流热有关。通电时间越长，电流热效应越大效应越大讨论讨论1.1.当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用当一个物理量被猜测与多个因素有关，应用 什什么方法去研究？么方法去研究？ 设计实验设计实验 控制变量法控制变量法讨论讨论2.2.用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？用什么方法和器材去观察那些不可见的物理量？转换法转换法电热电热气体（或液体）受热膨胀气体（或液体）受热膨胀.观察产生热量的多少观察产生热量的多少实验过程与实验现象：实验过程与实验现象：（1 1）在电流和时间相同的情况下，）在电流和时间相同的情况下，研究热量和电阻的关系；研究热量和电阻的关系；（2 2）在电阻和时间相同的情况下，研）在电阻和时间相同的情况下，研究热量和电流的关系；究热量和电流的关系；（3 3）在电流和电阻相同的情况下，研）在电流和电阻相同的情况下，研究热量和时间的关系究热量和时间的关系. .实验实验1 1：研究电热与电阻关系：研究电热与电阻关系R1 = 5 R2 = 10 A在电流相同、通电时间相同的情况下，研究在电流相同、通电时间相同的情况下，研究电热与电阻的关系电热与电阻的关系.电阻丝电阻丝102R在电流、通电时间相同时，阻值在电流、通电时间相同时，阻值 大大 的电阻产生的热量多的电阻产生的热量多. . 51R实验实验1 1：研究电热与电阻关系：研究电热与电阻关系实验实验2 2：研究电热与电流关系：研究电热与电流关系I = 2I1IAR = 5 R = 5 R = 5 I1在电阻相同、通电时间相同的情况下，研究在电阻相同、通电时间相同的情况下，研究电热与电流的关系电热与电流的关系.电阻丝电阻丝102R在电阻、通电时间相同时，电流在电阻、通电时间相同时，电流 大大 的电阻产生的热量多的电阻产生的热量多. .102R实验实验2 2：研究电热与电流关系：研究电热与电流关系电阻丝电阻丝RR在电流、电阻相同时，通电时间在电流、电阻相同时，通电时间 长长 的产生的热量多的产生的热量多. .实验实验3 3：研究电热与通电时间关系：研究电热与通电时间关系1 1. .I I与与t t相同，相同，R R越大，越大，Q Q越多越多2 2. .R R与与t t相同，相同，I I越大，越大，Q Q越多越多3 3. . R R与与I I相同，相同，t t越大，越大，Q Q越多越多 英国物理学家焦耳做了大量的实验，英国物理学家焦耳做了大量的实验，于于18401840年最先精确地确定电流产生的热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，即量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律焦耳定律. . 实验结论：实验结论：焦耳定律焦耳定律Q =IRt Q =IRt 热量热量 电流电流 电阻电阻 时间时间J A J A S S公式：公式：意义：意义：单位：单位：焦耳定律内容：焦耳定律内容：电流通过导体产生的电流通过导体产生的热量跟热量跟电流的二次方成正比电流的二次方成正比，跟导体，跟导体的的电阻成正比电阻成正比，跟，跟通电时间成正比通电时间成正比. 焦耳焦耳 (18181889)纯电阻电路纯电阻电路: 电能电能 内能内能 QI2Rt WUIt=M非纯电阻电路非纯电阻电路:电能电能 内能内能+其它形式的能其它形式的能WE其其 + QUIt I2Rt=Q 例例1 1：一根：一根6060 的电阻丝接在的电阻丝接在3636V V的电源上，在的电源上，在5 5分分钟内共产生多少热量？钟内共产生多少热量？分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦分析：先利用欧姆定律计算出通过电阻丝的电流，再利用焦耳定律公式计算电流产生的热量。耳定律公式计算电流产生的热量。解：解：A6 . 060V36RUI6480J300606 . 022RtIQ例题例题 例例2 2 一电热水器电阻丝的阻值为50 ,正常工作时的电流为4 A,工作10 min放出的热量为多少焦?解解: :工作工作10 min10 min放出的热是放出的热是: :Q=IQ=I2 2RtRt=(4 A)=(4 A)2 250 50 101060 60 s=4.8s=4.810105 5 J. J.拓展延伸拓展延伸 从前面学习知道，额定电压相同的灯泡，额定功率越大从前面学习知道，额定电压相同的灯泡，额定功率越大.电阻越小，单位时间内产生的热量越多电阻越小，单位时间内产生的热量越多.可是按照焦耳定律可是按照焦耳定律.电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？这是怎么回事？ 根据焦耳定律和欧姆定律，电流通过用电器的单位时根据焦耳定律和欧姆定律，电流通过用电器的单位时间内产生的热量为间内产生的热量为 或或 .其中其中表表示通过用电器的电流相等时，用电器电阻越大，单位时间示通过用电器的电流相等时，用电器电阻越大，单位时间内产生的热量越多；内产生的热量越多； 表示用电器的两端的电压表示用电器的两端的电压相等时，用电器电阻越小，单位时间内产生的热量越多。相等时，用电器电阻越小，单位时间内产生的热量越多。因此，两者是不矛盾的。因此，两者是不矛盾的。前面两个现象的解释前面两个现象的解释1第一个为什么第一个为什么 因为灯泡和电线流过相同的电流，灯泡发光时的电阻比电因为灯泡和电线流过相同的电流，灯泡发光时的电阻比电线的电阻大得多，根据焦尔定律线的电阻大得多，根据焦尔定律 Q = I2Rt 可知，在相同的时间可知，在相同的时间内电流通过灯泡产生的热量比通过电线产生的热量大得多。因内电流通过灯泡产生的热量比通过电线产生的热量大得多。因此，灯泡热得发光，电线的发热却察觉不出来。此，灯泡热得发光，电线的发热却察觉不出来。第二个为什么第二个为什么 大功率的用电器用电线连接在照明电路中时，由于照明电大功率的用电器用电线连接在照明电路中时，由于照明电路的电压是一定的，从路的电压是一定的，从 P = UI 可知，在电线的电阻相同的情况可知，在电线的电阻相同的情况下，跟用电器相连的电线中通过的电流比跟灯泡相连的电线中下，跟用电器相连的电线中通过的电流比跟灯泡相连的电线中通过的电流大得多。根据通过的电流大得多。根据 Q = I2Rt 可知，在相同的时间内电流可知，在相同的时间内电流通过跟用电器相连的电线产生的热量比通过跟灯泡相连的电线通过跟用电器相连的电线产生的热量比通过跟灯泡相连的电线产生的热量大得多。因此跟用电器相连的电线显著发热，有可产生的热量大得多。因此跟用电器相连的电线显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。2讨论讨论1.电热的利用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电孵化器等等.2.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.电热的利用和防止电热的利用和防止研究电热跟哪些因素有关研究电热跟哪些因素有关: :1.1.猜想猜想: :电热电热Q Q跟电流跟电流I I、电阻、电阻R R和通电时间和通电时间t t有关有关. .2.2.研究方法研究方法: :控制变量法控制变量法(1)(1)研究电热研究电热Q Q跟电阻跟电阻R R的关系的关系. .条件条件: :电流电流I I、通电时间、通电时间t t相同相同. .结论结论: :电阻电阻R R越大越大, ,电热电热Q Q越多越多. .(2)(2)研究电热研究电热Q Q跟电流跟电流I I的关系的关系. .条件条件: :电阻电阻R R、通电时间、通电时间t t相同相同. .结论结论: :电流越大电流越大, ,电热越多电热越多. .(3)(3)研究电热研究电热Q Q跟通电时间跟通电时间t t的关系的关系. .条件条件: :电流电流I I、电阻、电阻R R相同相同. .结论结论: :通电时间越长通电时间越长, ,电热越多电热越多. .焦耳定律焦耳定律1.1.内容内容: :2.2.公式公式: :Q=IQ=I2 2RtRt3.3.单位单位: :I-I-安安, ,R-R-欧欧, ,t-t-秒秒, ,Q Q- -焦焦. . 1.1.如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验关的实验, ,下列分析正确的是下列分析正确的是( () )A.A.甲、乙两次实验都应用了控制变量法甲、乙两次实验都应用了控制变量法B.B.甲实验通电一段时间后甲实验通电一段时间后, ,左侧容器内空气吸收的热量更多左侧容器内空气吸收的热量更多C.C.乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系D.D.乙实验通电一段时间后乙实验通电一段时间后, ,右侧右侧U U形管中液面的高度差比左形管中液面的高度差比左侧的大侧的大检测反馈检测反馈 解析解析:甲、乙两次实验中用到的研究方法是控制变量法和转换法,A正确;甲实验两电阻丝串联,通过电阻丝的电流和通电时间相同,右侧电阻阻值大,由焦耳定律可知,右侧电阻产生热量多,右侧容器内空气吸收的热量多,B错误;乙实验,右侧电阻丝与另一电阻丝并联,左右空气盒中电阻丝阻值和通电时间相同,通过电阻的电流不同,所以研究电流产生的热量与电流的关系,C错误;乙实验,右侧电阻丝与另一电阻丝并联,左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同,由焦耳定律可知,左侧电阻产生热量多,则左侧容器内空气吸收的热量多,气体压强大,即左侧U形管中液面的高度差比右侧的大,D错误.故选A. 1.1.如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验关的实验, ,下列分析正确的是下列分析正确的是( () )A.A.甲、乙两次实验都应用了控制变量法甲、乙两次实验都应用了控制变量法B.B.甲实验通电一段时间后甲实验通电一段时间后, ,左侧容器内空气吸收的热量更多左侧容器内空气吸收的热量更多C.C.乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系D.D.乙实验通电一段时间后乙实验通电一段时间后, ,右侧右侧U U形管中液面的高度差比左形管中液面的高度差比左侧的大侧的大A A检测反馈检测反馈2.2.如图所示电路中如图所示电路中, ,已知已知R R1 1RR2 2, ,闭合开关闭合开关S S后后 ( () )A.A.电流通过电流通过R R1 1, ,R R2 2产生的热量产生的热量Q Q1 1QII2 2C.C.R R1 1, ,R R2 2两端的电压两端的电压U U1 1UU2 2D.D.R R1 1, ,R R2 2消耗的电功率消耗的电功率P P1 1PP2 2A A 3.一根阻值为50 的电阻丝,两端加上100 V的电压时,通电1 min所产生的热量为 J,电阻丝消耗的电功率为 W.1.21.210104 4200200 4.4.家庭浴室中常用的暖灯型浴霸由家庭浴室中常用的暖灯型浴霸由四只标有四只标有“220 V“220 V750 W”750 W”的同规格发的同规格发热灯组成热灯组成, ,当四只灯泡同时正常工作当四只灯泡同时正常工作100 100 s s时时, ,发热灯产生的热量是发热灯产生的热量是J,J,此此过程能使浴室内过程能使浴室内10 kg10 kg空气的温度从空气的温度从10 10 上升到上升到25 ,25 ,空气的比热容为空气的比热容为1.01.010103 3 J/(kg), J/(kg),则浴霸加热浴室则浴霸加热浴室内空气的能量转化率是内空气的能量转化率是%.%.解析解析:四只灯泡同时正常工作时的功率:P=P额4=750 W4=3000 W;它们同时正常工作100 s时,产生的热量是:Q=W=Pt=3000 W100 s=3105 J.浴室内空气吸收的热量:Q吸=cmt=1.0103 J/(kg)10 kg(25 -10 )=1.5105 J;浴霸加热浴室内空气的能量转化率: 4.4.家庭浴室中常用的暖灯型浴霸由家庭浴室中常用的暖灯型浴霸由四只标有四只标有“220 V“220 V750 W”750 W”的同规格发的同规格发热灯组成热灯组成, ,当四只灯泡同时正常工作当四只灯泡同时正常工作100 100 s s时时, ,发热灯产生的热量是发热灯产生的热量是J,J,此此过程能使浴室内过程能使浴室内10 kg10 kg空气的温度从空气的温度从10 10 上升到上升到25 ,25 ,空气的比热容为空气的比热容为1.01.010103 3 J/(kg), J/(kg),则浴霸加热浴室则浴霸加热浴室内空气的能量转化率是内空气的能量转化率是%.%.3 310105 55050
展开阅读全文