人教版九年級全一冊物理學(xué)案：18.4焦耳定律

人教版九年級全一冊物理學(xué)案：18.4焦耳定律一、案例分析1.1案例背景九年級物理課上，老師正在講解能量轉(zhuǎn)化與能量守恒原理。學(xué)生們初步了解了物體的能量可以在不同形式之間相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中總能量守恒。為了幫助學(xué)生更好地理解焦耳定律，老師設(shè)計(jì)了一道案例題目。1.2案例題目題目內(nèi)容：一根長度為1m、質(zhì)量為1kg的直鐵棒，初始溫度為200°C，待加熱的電源電壓為220V，電流為5A。要使這根鐵棒溫度升高到270°C，需要加熱多久？1.3案例目標(biāo)通過解答這個(gè)案例題目，學(xué)生將能夠：-理解焦耳定律的基本原理；-運(yùn)用焦耳定律計(jì)算電能轉(zhuǎn)化為熱能的過程；-掌握焦耳定律的公式和相關(guān)知識。二、案例解答2.1理解焦耳定律焦耳定律是指在電流通過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體單位時(shí)間內(nèi)放熱的熱量與電流強(qiáng)度、電阻值和時(shí)間的關(guān)系。焦耳定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Q=I2Rt，其中Q表示單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體放熱的熱量（焦耳），I表示電流強(qiáng)度（安培），R表示電阻值（歐姆），t表示時(shí)間（秒）。2.2解答步驟根據(jù)題目中給出的信息，我們可以按照以下步驟來解答這個(gè)案例題目：步驟一：計(jì)算電阻值R根據(jù)題目給出的電壓和電流，可以使用歐姆定律計(jì)算導(dǎo)體的電阻值。根據(jù)歐姆定律公式：R=U/I，其中U表示電壓（伏特），I表示電流強(qiáng)度（安培）。代入題目中給出的數(shù)值計(jì)算得：R=220/5=44歐姆。步驟二：計(jì)算所需放熱熱量Q根據(jù)焦耳定律公式：Q=I2Rt，已知電流強(qiáng)度I為5A，電阻值R為44歐姆，時(shí)間t未知。將所需的溫度變化轉(zhuǎn)化為焦耳單位，需放熱熱量Q可表示為：Q=mCΔT，其中m表示物體質(zhì)量（千克），C表示物體單位質(zhì)量的比熱容（焦耳/千克·攝氏度），ΔT表示溫度變化（攝氏度）。代入題目給出的數(shù)值計(jì)算得：(1)(C×ΔT)=Q。步驟三：代入物體質(zhì)量、ΔT和C的數(shù)值根據(jù)題目給出的物體的長度和質(zhì)量，可以根據(jù)物體的形狀和密度計(jì)算出物體的質(zhì)量。代入題目給出的數(shù)值計(jì)算得：物體質(zhì)量m=1kg。步驟四：計(jì)算所需加熱時(shí)間t由步驟一、步驟二和步驟三的計(jì)算結(jié)果可得，要使物體溫度升高到270°C，所需的加熱時(shí)間t可表示為：t=(1)(C×ΔT)/(I2R)。代入題目給出的溫度變化ΔT和所求的熱量Q的數(shù)值計(jì)算得：t=(1)(C×ΔT)/(I2R)。（略去具體計(jì)算過程）步驟五：計(jì)算得出最終答案根據(jù)所求的加熱時(shí)間t的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，得出答案：所需加熱多久為t秒。三、知識拓展3.1應(yīng)用舉例焦耳定律的應(yīng)用非常廣泛。在日常生活中，我們常常會遇到需要計(jì)算導(dǎo)體放熱熱量的情況，如電爐、熱水器等電器的工作原理都涉及到焦耳定律。3.2溫度和能量的關(guān)系根據(jù)焦耳定律，導(dǎo)體的溫度升高與放熱熱量密切相關(guān)。當(dāng)導(dǎo)體受到熱源加熱時(shí)，導(dǎo)體的溫度會上升；而當(dāng)導(dǎo)體放熱時(shí)，導(dǎo)體的溫度會下降。這是因?yàn)闊崃渴菍?dǎo)體內(nèi)部分子的動能，在加熱過程中，分子的動能增加導(dǎo)致溫度升高，而釋放熱量則使分子的動能減少導(dǎo)致溫度下降。四、總結(jié)通過解答這個(gè)案例題目，我們學(xué)習(xí)了焦耳定律的基本原理和計(jì)算方法。焦耳定律用于計(jì)算導(dǎo)體放熱熱量，通過電流、電阻和時(shí)間三個(gè)因素的綜合作用，可以計(jì)算出導(dǎo)體放熱時(shí)所需的加熱時(shí)間。在日常生活中，焦耳定