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焦耳定律,郑州市启智中学王东风,学习目标：,1、能通过生活实例，认识电流的热效应。2、能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。3、通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。,生活中，许多用电器通电后，都伴有热现象产生。请同学们举例说明。,它们的共同特征是什么？,电能转化为内能,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。电流还有化学效应和磁效应等。,上面这些生活中常用的电器有什么共同的特性？,1、电流的热效应,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?提出问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?,问题思考？,猜想四:.,现象一：电炉丝通电能产生热，不通电不产生热。,猜想二：电阻丝产生的热量与通电时间有关。,猜想三：导体通电时产生的热量多少与导体的电阻大小有关。,现象二：电阻丝通电的时间越长产生的热量越多。,事实：电阻丝的材料是镍铬合金丝，导线材料是铜。,猜想一：电阻丝产生的热量与电流有关,猜想和假设,问题一：如何比较电流产生的热量的多少？,问题二：研究电流产生的热量与不同电阻值的关系？（即如何保持电流和时间相同？如何改变电阻大小？),问题三：研究电流产生的热量与不同电流大小的关系？（即如何改变电流大小？如何控制电阻和时间相同？）,设计实验,控制变量法,问题一：如何比较电流产生的热量的多少？由于电流通过用电器所产生热量的大小不易直接进行观察比较，实验中怎样将它变为便于直接观察比较的现象呢？,转换法,想一想议一议,问题一：如何比较电流产生的热量的多少？,实验方法：转换法,设计实验,实验装置,问题二：如何控制电流相同来研究电流产生的热量与不同电阻值的关系？,实验装置,实验方法：控制变变量法,问题三：如何控制电阻相同来研究电流产生的热量与不同电流大小的关系？,问题三：如何控制电流相同来研究电流产生的热量与不同电阻值的关系？,验装置,目标：在电流相同、电阻不同时，产生电热的效果如何呢？思考：实验设计中，怎样保证电流等大？用什么仪器反映产生热量的多少？,【演示实验1】,想一想议一议,电阻串联时电流相同。U型管连接的容器加热后，温度升高，气体膨胀，压力变大，液面升高。,请回答：看到了什么现象？得出了什么结论？,现象：I相同时，R大的一边液面升的高，即升温快。结论1：在电流和时间相同时，电阻越大产生的热量越多。,思考：此时，哪个电流小？为什么？并联分流的电阻为什么要放在盒子外面?,让相同的电阻，流过不同的电流，看效果会如何呢？,【演示实验2】,右边的发热器电流小，因为并联的电阻分去一半的电流。不让它产生的热量影响盒内的温度。,看到了什么现象？说明了什么结论？,电流I大的液面升高快，即产生的热量Q多。结论：在电阻相同和时间相同时，通过的电流越大，产生的热量越多。,【跟踪思考】,通过以上实验你能总结出什么规律？,电阻上产生的电热与电阻大小和流过的电流都有关，电阻越大，电流越大，产生的热量越多。,焦耳（JamesPrescottJoule，18181889），英国物理学家。用近40年的时间做了400多次实验，研究热和功的关系。通过大量的实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。,焦耳,Q=IRt,热量电流电阻时间,J=AS,2，公式：,意义：,单位：,二，焦耳定律：,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。,(普遍适用),为什么用导线连接的电磁炉通电后，电炉很快发红发热，而导线却不热？,因导线电阻很小（0.010.001），而电炉电阻很大（几十、几百欧姆），串联时导线生热很微小，故感觉不热。,【问题思考】,“试一试”：实例分析,实例1：电褥子长时间通电容易起火，你能解释么？实例2：电路短路会起火，你能解释么？实例3：拨打手机时间长了，手上有什么感觉？怎么办？实例4：两个灯泡，亮度大的产生的热量一定更多么？,1在纯电阻电路中（如：电暖器，电饭锅，电炉子等），当电流通过导体时，电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，这样电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt=Pt=I2Rt,2在非纯电阻电路中，如当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：,W电Q热,三、电能和电热关系,电能内能+机械能,此时，只能用Q=I2Rt（焦耳定律）来计算电热,1在纯电阻电路中（如：电暖器，电饭锅，电炉子等），当电流通过导体时，电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，这样电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q=W=UIt=Pt=I2Rt,2在非纯电阻电路中，如当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：,W电Q热,三、电能和电热关系,电能内能+机械能,此时，只能用Q=I2Rt（焦耳定律）来计算电热只能用W=UIt=Pt计算求电能，不能混用。,Q=I2Rt=(0.6A)260W300s=6480J,一根60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:,例题解析,牛刀小试,（1）某导体的电阻是2，当1A安的电流通过时，1分钟产生的热量是多少焦？。2、一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2,线圈中的电流为10A,若这台电动机正常工作1秒钟，,牛刀小试,（1）某导体的电阻是2欧，当1安的电流通过时，1分钟产生的热量是多少焦？解：Q=I2Rt=(1A)2260S=120J答：1分钟产生的热量是120焦。,2、一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380伏，线圈的电阻为2欧,线圈中的电流为10安,若这台电动机正常工作1秒钟，求：1）消耗的电能W。2）产生的热量Q。,解：1）消耗的电能为:WUIt380V10A1S3800J2）产生的热量为：QI2Rt(10A)221S200J答：消耗的电能是3800焦；产生的热量是200焦。,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。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，这是怎么回事？,【想想议议】,前者说电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多，前提条件是电压相同，电压相同时，适用，R越小，Q越大。而后者说，电阻越大，单位时间内产生的热量越多，前提条件是电流相同，电流相同时，适用Q=IRt，R越大Q越大。两者并不矛盾。所以我们在应用公式时应该特别注意条件。,【想想议议】,1电热的利用-电热器,电热器的优点:清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。,四、电热的利用和防止,定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。,原理：焦耳定律,组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。,很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。,2电热的危害,投影仪的散热窗,电动机的外壳,电动机的外壳有很多翼状散热片，使用时与轴相连的扇叶还向散热片吹风，也是为了降温。,烧坏电器导线绝缘皮老化引起火灾,1.电流的热效应定义：实质：,2.焦耳定律的探究实验3.焦耳定律内容：公式：,4.电热的利用和防止,【小结】,1.电流通过导体时产生的热量跟_成正比，跟导体的_成正比，跟_成正比，这个规律叫做焦耳定律，数字表达式是_.2.电热器是利用电流的_效应制成的，它的主要部件是_.电流流过电热器所做的功全部用来产生_.,电流的平方,电阻,通电的时间,Q=I2Rt,热,发热体,热量,当堂检测,3、标有“220V40W”电热器安装在220V的电路中，工作100s后，所消耗的电能是J，产生的热量是J4、下列电器中，不属于电热器的是（）A电饭锅B.电熨斗C.电风扇D.电烤炉,4000,4000,C,5、家庭电路使用的电炉，电炉丝与导线是串联的，当电炉丝发热发红时，连接导线却不热，这是因为（）A.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流大B.通过电炉丝电流比通过连接导线的电流小C.电炉丝两端电压比连接导线两端电压小D.电炉丝的电阻比连接导线的电阻大,D,6.如图9-3-5所示，a、b相同容器中分别装有相同质量的水，水中的电阻丝的阻值分别为R1和R2，且R1R2，则闭分开关S后，a、b容器中水温上升较快的是()A.a容器中的水B.b容器中的水C.a、b容器中的水温上升的快慢一样D.无法判断,B,图9-3-5,
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