第十八章电功率第4节焦耳定律人教版物理九年级下册 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?电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关? 1.理解焦耳定律，并能用焦耳定律进行有关计算，会解释有关电热现象；了解电热的利用和防止。2.在实验中过程，体验控制变量法和转换法的应用，进一步提高实验设计和操作能力，养成实事求是和严谨的科学态度。 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。利用电流的热效应来加热的设备：________。电热器电热水器电热水壶电炉电烤箱电饭锅电热取暖器这些用电器工作时有什么共同特点？知识点1电流的热效应 点亮的灯泡过一会儿会烫手，说明什么？导线和电熨斗串联，为什么电熨斗很热而导线并不很热？说明什么？电流的热效应与哪些因素有关？猜想：与电流、电阻、时间有关。观察与猜想 讨论1：当一个物理量被猜测与多个因素有关，应该用什么方法去研究？（控制变量法）讨论2：实验中通过观察什么现象来比较电流产生的热量的多少？（转换法）实验装置当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。实验中，通过观察_________________来比较电流产生的热量的多少。管中液面上升的高度这种研究方法叫实验方法 R1=5ΩR2=10ΩA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。现象：电阻较大的这边的液柱上升较高。结论：控制不变的量是：__________、____________。电流通电时间实验1：研究电热与电阻关系点击图片播放实验视频 I=2I1IAR=5ΩR=5ΩR=5ΩI1在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。现象：电流较大的这边的液柱上升较高。结论：控制不变的量是：____________、______________。电阻通电时间实验2：研究电热与电流关系点击图片播放实验视频 √×××图是课本“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气，电路正确连接后，通电进行实验过程中，下列说法正确的是（）A．左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大B．U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少C．要保持两个电阻丝两端电压相等D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同B两电阻丝串联电流相等热量的多少不能直接观察，可通过U型管液面高度差的变化来反映电路中两电阻串联，电流相等，各电阻分得电压不等根据Q=I2Rt可知，I和t相同时，电阻大的电阻丝产生的热量较多 Q=I²Rt热量电流电阻时间JAΩS公式：物理量：单位：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。知识点2焦耳定律 焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889），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。焦耳物理学史 当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即：Q=W=UIt=I2Rt(如：电暖器、电饭锅、电炉子等)此时：Q=W=Pt=UIt=U2Rt适用于纯电阻电路（只发热）=I2Rt【问题回顾】电炉丝和导线通过的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不发热？原因：导线与电热丝串联，电流、时间都相同，导线电阻远小于电炉丝电阻，由Q=I2Rt可知，导线产生的热量少。电能和电热关系 例题一根60Ω的电阻丝接在36V的电源上，在5min内共产生多少热量？解：通过电阻丝的电流为：电流产生的热量为：Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×5×60s=6480J还有其他方法吗？U2Q=W=Rt 额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时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?答：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；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，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 2.小明在一次野炊活动中，将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸（可看做导体）接在干电池正负两极上，如图所示，锡箔纸较窄处最先燃烧。这是因为与长度相同的锡箔纸较宽处相比，较窄处（）A．电阻较大B．电流较大C．电压较小D．电功率较小A材料和长度相同时，导体越细，电阻越大串联电路中各处的电流相等锡箔纸较窄处电阻大，电压较大锡箔纸较窄处电压大，电功率较大 （相当于纯电阻电路）当电动机工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能（有用功），同时，电动机线圈也会发热（额外功）：电能（W）内能（Q）+机械能（E）W=UItQ=I2RtE=W–Q当电动机通电但转子被卡住时，消耗的电能只会让电动机线圈发热，此时，W=UIt=Q=I2Rt有关电动机的电热讨论 例题家用电风扇正常工作时电流为0.3A，电阻等效为200Ω，求在5min内共产生多少热量？消耗的电能，转化的机械能是多少？效率呢？解：消耗的电能（总的）为：电流产生的热量为：Q=I2Rt=(0.3A)2×200Ω×300s=5.4×103JW=UIt=220V×0.3A×300s=1.98×104J机械能(有用）：E=W–Q=1.98×104J–5.4×103J=1.44×104J效率：η=EW1.44×104J1.98×104J×100%×100%=72.7%= 3.一直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；若把电动机接入2.0V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0A。求：（1）电动机线圈电阻。（2）电动机正常工作时的输出功率多大？（3）电动机的机械效率多大？（4）如果在动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？ 解：（1）当电机不转时，由欧姆定律得，电机的内阻为：（2）当电机正常工作时，输出功率为：P输出=P电P内=UII2R=2V×1A（1A）2×0.5Ω=1.5W；（3）电动机的机械效率：（4）电动机的转子突然被卡住时，此时相当于纯电阻，发热功率为： 电饭锅电烙铁热得快电热毯电熨斗1．电热的利用电热器的优点: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。电热孵化器知识点3电热的利用和防止 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，是为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等。2．防止电热的危害散热窗散热风扇将用电器烧坏使绝缘材料老化 1.（安徽中考）如图所示的电路中，电源电压保持6V不变，电阻R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关S，则R1消耗的电功率为______W；若通电30s，电阻R2产生的热量为______J。0.424解：由电路图可知，电路中的电流：R1的电功率P1=I2R1=（0.2A）2×10Ω=0.4W电阻R2产生的热量Q2=I2R2t═（0.2A）2×20Ω×30s=24J连接中考 2.（2018•广安）如图，灯泡L上标有“6V3W”字样，电源电压6V且保持不变，定值电阻R=8Ω（不计灯丝电阻的变化）。只闭合S1和S3，电阻R在100s产生的热量是_______J；电路在工作状态下，整个电路消耗的最小功率是_______W。4501.8U2RL=__P(6V)2=3W=12ΩRL=12Ω解析只闭合S1和S3，电阻R与灯泡并联，电阻R两端的电压为电源电压6V，电阻R在100s产生的热量：U2Q=W=__R(6V)2t=8Ω×100s=450J;解析闭合开关S2，断开开关S1、S3，电阻R和灯泡L串联，使接入电路的阻值最大，则整个电路消耗的电功率最小。最小电功率：U2P最小=R+RL(6V)2=8Ω+12Ω=1.8W连接中考 连接中考3.（2019•无锡）如图所示，在接线柱间接入熔丝和铜丝，熔丝电阻大于铜丝。接通电源，闭合开关S，依次闭合各小灯泡支路的开关，可以看到电流表的示数逐渐增大；再闭合电炉丝支路的开关时，会发现熔丝被熔断。下列说法正确的是（）①实验说明电路超负荷运行会引起安全事故②实验中通过熔丝的电流大于铜丝③通电相同的时间，熔丝所产生的热量多于铜丝④随着支路开关依次闭合，熔丝最终熔断说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关A．只有①②B．只有①③④C．只有②③④D．①②③④都正确B 连接中考4.（2019•云南）一只标有“6V3W”的小灯泡，接在电源电压为12V的电路中，为使其正常发光，应_________（选填“串”或“并”）联一个电阻（小灯泡灯丝电阻不变），该电阻通电20s产生的热量是___________J。串60灯泡正常工作电流：电阻分压：UR=U–UL=12V–6V=6VIR=IL=0.5AQ=URIt=6V×0.5A×20s=60J 连接中考5.（2019•大庆）某电热水壶及其铭牌如图所示，小明为了测量该电热水壶的实际功率和加热效率，进行了如下实验：关掉家里所有用电器，将该电热水壶装满水，接通电热水壶，测得壶中水温度从25℃上升到35℃所用的时间为50s，同时观察到家中“220V10（40）A3200imp/kW·h”的电子式电能表的指示灯闪烁了80imp，水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃）。请结合本次实验记录的数据，回答以下问题： 连接中考（1）除电子式电能表外，小明还需下列哪些器材完成上述两个测量________。（选填器材前面的序号）①刻度尺②温度计③电压表④秒表⑤弹簧测力计（2）若小明利用水升温吸热计算消耗的电能，计算出电热水壶的功率和实际功率相比________（选填“偏大”、“偏小”或“相等”），主要原因是__________________________________。（3）电热水壶的实际功率是______W。（4）电热水壶的加热效率是_______。②④偏小消耗的电能不可能完全转化成水的内能180084% 1.小明家电饭锅的电源线坏了，他在网上新买了一根，使用时闻到橡胶的焦糊味，他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因可能是（）A．电路的电压过高B．新买的电源线过细C．新买的电源线过粗D．新买的电源线过短B基础巩固题 2.将规格都是“220V180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是（）A．电冰箱产生的热量最多B．电脑产生的热量最多C．电热毯产生的热量最多D．三者产生的热量一样多C基础巩固题 3.甲、乙两电热丝电阻之比为3﹕4，通过的电流之比为3﹕1，则相同时间内产生的热量之比为（　　）A．27﹕4B．9﹕4C．4﹕9D．4﹕27A基础巩固题 4.电热水壶上标有“220V1800W”，小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变热，但连接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体的电阻______。在额定电压下，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为_________J。小3.6×105基础巩固题 用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。（1）烧瓶中装入的煤油是________（选填“导体”或“绝缘体”）。（2）请根据实物电路，在虚线框图内画出对应的电路图。（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应______，通过R1的电流_________通过R2的电流。R2R1绝缘体相等小于能力提升题 （4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明__________________________________________________。（5）小红用如左下图示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，右下图中能正确反映h–I关系的是_________。电阻和通电时间不变，电流越大产生的热量越多A 【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因。____________________________________________________________________________________________________________。不能。含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化为内能，即发热了，W=UIt＞Q=I2Rt 1.电流的热效应：电流通过各种用电器时，温度都会升高。2.焦耳定律：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。公式：Q=I2Rt3.电热的利用和防止。 作业内容教材作业完成课后“动手动脑学物理”练习自主安排配套练习册练习