2023人教版八年級物理下冊教學(xué)課件-第4節(jié) 焦耳定律

狀元成才路第十八章電功率第4節(jié)焦耳定律1.知道電流的熱效應(yīng)。2.理解焦耳定律的內(nèi)容、公式、單位及其運(yùn)用。3.知道利用和防止電熱的場合和方法。4.進(jìn)一步理解焦耳定律。狀元成才路課前自學(xué)準(zhǔn)備學(xué)習(xí)目標(biāo)課標(biāo)要求生活中電的熱現(xiàn)象生活中，許多用電器通電后，都伴有熱現(xiàn)象產(chǎn)生。請舉例說明。狀元成才路課堂教學(xué)展示新課導(dǎo)入電取暖器熱得快狀元成才路電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。點(diǎn)擊圖片觀看視頻狀元成才路課堂教學(xué)展示推進(jìn)新課電流的熱效應(yīng)知識點(diǎn)1電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與什么因素有關(guān)?阻值大小電流大小通電時(shí)間點(diǎn)擊觀看視頻狀元成才路實(shí)驗(yàn)1：研究電熱與電阻關(guān)系電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與時(shí)間的關(guān)系點(diǎn)擊圖片觀看視頻結(jié)論：在阻值和電流不變的情況下，通電時(shí)間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多。狀元成才路R1=5ΩR2=10ΩA電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與電阻大小的關(guān)系結(jié)論：在通電時(shí)間和電流大小相同的情況下，電阻的阻值越大，產(chǎn)生的熱量越多。點(diǎn)擊圖片觀看視頻狀元成才路電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與電流大小的關(guān)系I=2I1IAR=5ΩR=5ΩR=5ΩI1結(jié)論：在通電時(shí)間和電阻大小相同的情況下，通過電阻的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多。點(diǎn)擊圖片觀看視頻狀元成才路焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889），英國物理學(xué)家。用近40年的時(shí)間做了400多次實(shí)驗(yàn)，研究熱和功的關(guān)系。通過大量的實(shí)驗(yàn)，于1840年最先精確地確定了電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系。焦耳狀元成才路焦耳定律知識點(diǎn)2焦耳（J）Q=WW=UItU=IRQ=I2Rt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。焦耳定律公式Q=I2Rt

單位焦耳定律適用于任何用電器的熱量計(jì)算，對只存在電流熱效應(yīng)的電路也可用Q=W=UIt

=Pt

=U2/Rt來計(jì)算熱量。狀元成才路純電阻電路：W總=Q放=Pt=UIt=U2/Rt=I2Rt非純電阻電路：W總＞Q(W總＝UIt

=W外＋Q)注意：知識拓展：兩類用電器（1）純電阻用電器：電流通過導(dǎo)體時(shí)將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能的用電器，如電飯煲、電爐等單純用來加熱的用電器。（2）非純電阻用電器：電流通過導(dǎo)體時(shí)只有部分電能轉(zhuǎn)化為熱能的用電器，如電風(fēng)扇、電視機(jī)等用電器在工作時(shí)，除部分電能轉(zhuǎn)化為熱能外，大部分電能會(huì)轉(zhuǎn)化成其他形式的能。狀元成才路純電阻電路中利用Q=t

求電熱U2R1．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。狀元成才路知識點(diǎn)32．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熱電能內(nèi)能+機(jī)械能狀元成才路【例1】冬天，王剛同學(xué)使用電熱毯時(shí)發(fā)現(xiàn)電熱毯有高溫檔和低溫檔，于是他設(shè)計(jì)了電熱毯的模擬電路圖甲和圖乙（電熱絲相當(dāng)于電熱毯內(nèi)部發(fā)熱電阻）。狀元成才路（1）圖甲中有定值電阻R1（置于電熱毯外部），電熱絲R2，請說明要使電熱毯處于低溫檔，開關(guān)S1、S2應(yīng)處于什么狀態(tài)？并寫出低溫檔時(shí)電熱毯發(fā)熱電功率的表達(dá)式。分析：所謂“檔位”問題，通常是在電壓不變的情況下，通過改變電路電阻，從而改變用電器的電功率，所以常用公式P=U2/R來判定，R越大，P越小，是低擋位；R越小，P越大，是高擋位。解：S1閉合，S2斷開；低溫檔時(shí)電熱毯的發(fā)熱功率：狀元成才路（2）圖乙中有兩根電熱絲R2、R3，請說明要使電熱毯處于高溫檔，開關(guān)S1、S2應(yīng)處于什么狀態(tài)？并寫出高溫檔時(shí)電熱毯發(fā)熱電功率的表達(dá)式。S1、S2均閉合；高溫檔時(shí)電熱毯的發(fā)熱電功率：（3）請指出你認(rèn)為其中較好的電路，并說明理由。較好的電路是乙，因?yàn)樵诩纂娐分?，R1置于電熱毯外部，低溫檔時(shí)R1要發(fā)熱，浪費(fèi)電能。狀元成才路額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事?答：前者說電阻越小，正常工作時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，前提條件是電壓相同；而后者說，電阻越大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越多，前提條件是電流相同，兩者并不矛盾。所以我們在應(yīng)用公式時(shí)應(yīng)該特別注意條件。狀元成才路想想議議電流通過導(dǎo)體時(shí)，使導(dǎo)體只發(fā)熱的用電器是利用電流的熱效應(yīng)，這類用電器稱為電熱器，而電熱器的主要部分是發(fā)熱體。狀元成才路電熱的利用和防止知識點(diǎn)4電熱器的優(yōu)點(diǎn):清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染，熱效率高，還可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度。利用電熱孵化器孵小雞狀元成才路很多情況下我們并不希望用電器的溫度過高。如：電視機(jī)的后蓋有很多孔，為了通風(fēng)散熱；電腦運(yùn)行時(shí)要用微型風(fēng)扇及時(shí)散熱等等。散熱孔（窗）散熱風(fēng)扇狀元成才路電熱的作用電熱有利的一面：電熱有害的一面：減小電熱產(chǎn)生的危害：1.減小電阻（更換導(dǎo)線）2.加快散熱（散熱孔、散熱片、散熱風(fēng)扇等）取暖、加熱食物等。輕則用電器燒壞；重則引發(fā)火災(zāi)。狀元成才路電功與電熱的區(qū)別：電功是指電流通過一段電路所做的功，它的大小表示電路消耗電能的多少，也表示有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電熱是指電流通過一段電路做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分。兩者表示的意義不同，是兩個(gè)不同的概念。狀元成才路電熱的綜合應(yīng)用知識點(diǎn)5①在純電阻電路，電流所做的功只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電路消耗的電能和生成的內(nèi)能在數(shù)值上是相等的，即W=Q，如電燈、電爐、電熱器、電熨斗等。②在非純電阻電路中，如含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等，電流做的功一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過線圈電阻R的電流仍使線圈發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt，但此時(shí)Q≠W，而是Q＜W，即W=Q+機(jī)械能。電功與電熱的聯(lián)系：狀元成才路計(jì)算公式及其適用范圍狀元成才路例2一電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為1Ω，線圈兩端所加電壓為2V時(shí)，電流為0.8A，此時(shí)電動(dòng)機(jī)正常工作。（1）在求電動(dòng)機(jī)正常工作1min所消耗的電能時(shí)，有以下兩種不同的解法：小明的解法：W=UIt=2V×0.8A×60s=96J;小華的解法：W=I2Rt=(0.8A)2×1Ω×60s=38.4J你認(rèn)為哪位同學(xué)做得對，請做出判斷并說明理由。（2）求電動(dòng)機(jī)正常工作1min所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能是多少？解：（1）小明的解法正確。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)為非純電阻電路，其電流與電壓、電阻之間的關(guān)系不滿足歐姆定律，故含電動(dòng)機(jī)的電路不能用含歐姆定律的推出公式求電功。狀元成才路解：（2）1min內(nèi)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱為：Q=I2Rt=(0.8A)2×1Ω×60s=38.4J;則在1min內(nèi)，這臺電動(dòng)機(jī)所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能是：W機(jī)=W-Q=96J-38.4J=57.6J狀元成才路例2一電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為1Ω，線圈兩端所加電壓為2V時(shí)，電流為0.8A，此時(shí)電動(dòng)機(jī)正常工作。（1）在求電動(dòng)機(jī)正常工作1min所消耗的電能時(shí)，有以下兩種不同的解法：小明的解法：W=UIt=2V×0.8A×60s=96J;小華的解法：W=I2Rt=(0.8A)2×1Ω×60s=38.4J你認(rèn)為哪位同學(xué)做得對，請做出判斷并說明理由。（2）求電動(dòng)機(jī)正常工作1min所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能是多少？例3小明家買了一臺電烤箱，有低、中、高三個(gè)檔位的發(fā)熱功率，如圖是其內(nèi)部簡化路圖，開關(guān)S1可分別與觸點(diǎn)a、b接觸。已知：R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，電源電壓保持不變。請分析和解答以下問題：（1）當(dāng)開關(guān)S1置于b端、S2斷開時(shí)，電烤箱處于什么檔位？簡述理由。（2）電烤箱在中檔位工作時(shí)，消耗的電功率是多少？（3）電烤箱在高檔位工作時(shí)，對食物加熱6min，消耗的電能為多少？狀元成才路解：（1）低檔位。當(dāng)開關(guān)S1置于b端、S2斷開時(shí)，電阻R1與R2串聯(lián)，電路中的電阻最大，由可知，此時(shí)電功率最小，是低檔位。（2）當(dāng)開關(guān)S1置于b端、S2閉合時(shí)為中檔位，電烤箱消耗的電功率狀元成才路電烤箱消耗的電能W=P總t=1.5×103W×6×60s=5.4×105J（3）當(dāng)S1置于a端，S2閉合時(shí)，電烤箱在高檔位，電阻R1與R2并聯(lián)，電烤箱消耗的總功率狀元成才路例4如圖所示是電飯鍋的實(shí)物圖，圖甲是它的內(nèi)部電路圖，圖乙是電路簡圖。它有“高溫?zé)蟆焙汀盃F飯、保溫”兩檔，由溫控開關(guān)自動(dòng)控制。煮飯時(shí)，先要按下溫控開關(guān)按鈕；到達(dá)設(shè)定溫度（飯已煮熟），按鈕會(huì)自動(dòng)彈起。狀元成才路（1）對照觀察圖（甲）和圖（乙），溫控開關(guān)按鈕未按下時(shí)，“燒煮電路部分”與“保溫電路部分”是_____關(guān)系（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）；按下溫控開關(guān)按鈕，“燒煮電路部分”的電壓為____V，“保溫電路部分”將______（選填“工作”或“不工作”）；溫控開關(guān)按鈕彈起后，電路中的電流比原來_____（選填“大”或“小”）。串聯(lián)220不工作小狀元成才路（2）當(dāng)溫控開關(guān)按鈕按下時(shí)，電飯鍋電路的總功率為1100W。求：“燒煮電路部分”的電阻R1。當(dāng)溫控開關(guān)按鈕按下時(shí)，電路中只有R1工作。狀元成才路（3）溫控開關(guān)按鈕彈起后，電飯鍋電路的總功率為44W。求：①電路中的電流；②“保溫電路部分”的電阻R2。當(dāng)溫控開關(guān)按鈕彈起時(shí)，R1與R2串聯(lián)。R2=R總-R1=1100Ω－44Ω=1056Ω狀元成才路（4）已知只有當(dāng)指示燈和限流器兩端的電壓與電源相差不大時(shí)，指示燈才會(huì)發(fā)光。請通過相關(guān)計(jì)算分析說明為什么溫控開關(guān)按鈕彈起時(shí)，紅燈熄滅而黃燈亮。當(dāng)溫控開關(guān)按鈕彈起時(shí)，R1與R2串聯(lián)因?yàn)閁1=I′R1=0.2A×44Ω=8.8V＜220VU2=U－U1=220V-8.8V=211.2V≈220V所以，紅燈不亮黃燈亮。狀元成才路1.某電動(dòng)機(jī)上標(biāo)有“220V，2A”它的線圈電阻為5?，當(dāng)它正常工作一分鐘后，消耗的電能為多少？線圈中產(chǎn)生的熱量為多少？如沒有其他能量的損失，則得到多少的機(jī)械能？解：消耗的電能為:W總=UIt=220V×2A×60s=26400J線圈中產(chǎn)生的熱量為：Q=I2Rt=(2A)2×5?×60s=1200J得到的機(jī)械能為：W機(jī)=W總－Q=26400J－1200J=25200J狀元成才路課堂教學(xué)展示隨堂演練Q=I2Rt

=(0.6A)2×60W×300s=6480J2.一根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:I=

=

=

0.6AUR36V60Ω狀元成才路狀元成才路3.下列情況中不屬于防止電熱危害的是()A.電視機(jī)的后蓋有許多孔B.電腦機(jī)箱內(nèi)有小風(fēng)扇C.電動(dòng)機(jī)外殼有許多散熱片D.家電長時(shí)間停用，隔一段時(shí)間應(yīng)通電一次解析:家電長時(shí)間停用，里面可能會(huì)積累一些濕氣，會(huì)加速電器的生銹、老化，隔一段時(shí)間應(yīng)通電一次正是為了利用電流的熱效應(yīng)去除家電中的濕氣。前三個(gè)選項(xiàng)中的措施都能加快散熱，防止電熱引起電器升溫過高帶來的危害。D狀元成才路本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電熱產(chǎn)生的原因，影響電熱產(chǎn)生多少的因素，焦耳定律，以及純電阻電路中電熱的計(jì)算等知識。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)我們一定要有控制變量的思想，在說明一個(gè)物理量與另一個(gè)物理量之間關(guān)系時(shí)，一定要強(qiáng)調(diào)其條件，是在什么量不變的情況下才有這樣的關(guān)系，使自己的敘述更加嚴(yán)密。同時(shí)學(xué)習(xí)了電熱的利用和防止，以及電熱的綜合應(yīng)用等。電熱在生產(chǎn)、生活中廣泛存在，要從應(yīng)用和危害兩個(gè)方面認(rèn)識電熱，注意辯證地分析問題。同時(shí)要善于觀察生活，用理論來指導(dǎo)實(shí)踐，認(rèn)識生活中的科學(xué)。狀元成才路課堂教學(xué)展示課堂小結(jié)狀元成才路1.從課后習(xí)題中選?。?.完成練習(xí)冊本課時(shí)的習(xí)題。課后反饋總結(jié)布置作業(yè)（見教材P102

動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理）1.某導(dǎo)體的電阻是2Ω，通過2A的電流時(shí)，1min產(chǎn)生多少焦耳的熱量？解:Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J2.一只額定功率是450W的電飯鍋，在額定電壓下使用，每分鐘產(chǎn)生多少熱量？解:Q=W