18.4《焦耳定律》-2024-2025學(xué)年人教版初中物理九年級全一冊

焦耳定律小明趁爸爸、媽媽不在的時(shí)候偷偷看電視，然后在爸爸、媽媽回來之前把電視關(guān)掉，做到神不知鬼不覺?？墒?，聰明的媽媽每次回到家里只要摸一下電視，就知道小明有沒有看電視。

請問：小明的媽媽是怎么知道的呢？電視機(jī)工作時(shí)會(huì)發(fā)熱！觀察與思考電能內(nèi)能電能光能、機(jī)械能內(nèi)能能在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得出影響電流熱效應(yīng)的因素，知道焦耳定律。02通過生活實(shí)例，認(rèn)識電流的熱效應(yīng)，了解能量的轉(zhuǎn)化。01學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)利用焦耳定律進(jìn)行計(jì)算，會(huì)利用焦耳定律解釋生活中電熱的利用和防止。03電流的熱效應(yīng)思考：鋼絲球絲和導(dǎo)線通過電流相同，為什么鋼絲球絲可以點(diǎn)燃火柴，而導(dǎo)線卻不能?電流通過導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。問題：電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)?猜想：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：1．當(dāng)一個(gè)物理量被猜測與多個(gè)因素有關(guān)，應(yīng)用什么方法去研究？控制變量法2．用什么方法和器材去觀察和測量不可見的物理量？轉(zhuǎn)換法電熱——對水進(jìn)行加熱，觀察升高的溫度；

氣體(或液體)受熱膨脹，觀察膨脹的多少與電阻、電流、時(shí)間有關(guān)實(shí)驗(yàn)1：研究電熱與電阻關(guān)系R1=5ΩR2=10ΩA條件：容器相同，I相同，t相同結(jié)論：I

和t

相同時(shí)，R越大，Q越多。現(xiàn)象：右側(cè)U型管內(nèi)液面高度差大建立電路模型實(shí)驗(yàn)2：研究電熱與電流關(guān)系條件：容器相同，R相同，t相同結(jié)論：R和t

相同時(shí)，I越大，Q越多?，F(xiàn)象：左側(cè)U型管內(nèi)液面高度差大R1=5ΩR2=5ΩAR3=5Ω建立電路模型問題：如何利用實(shí)驗(yàn)裝置比較通電時(shí)間對電熱產(chǎn)生的影響？結(jié)論：I

和R

相同時(shí)，t越大，Q越多。總結(jié)：電熱跟電流、電阻和通電時(shí)間有關(guān)，電流越大、電阻越大、通電時(shí)間越長，產(chǎn)生的電熱越多。焦耳定律焦耳（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。焦耳定律Q=

I2Rt

內(nèi)容：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。公式：理論推導(dǎo)：電流通過導(dǎo)體時(shí)，如果消耗電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，而沒有同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，那么，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于消耗的電能W。即：Q=W=Pt=UIt=IR·It=I2Rt。思考：鋼絲球絲和導(dǎo)線通過電流相同，為什么鋼絲球絲可以點(diǎn)燃火柴，而導(dǎo)線卻不能?導(dǎo)線和鋼絲球絲串聯(lián)，通過它們的電流是一樣的，而鋼絲球絲的電阻比導(dǎo)線的電阻大的多，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同時(shí)間內(nèi)電流通過鋼絲球絲產(chǎn)生的熱量比通過導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量多，因此金屬球絲可以點(diǎn)燃火柴，而導(dǎo)線卻不能。例題一根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?I=UR解：=36V60Ω=0.6AQ=

I2Rt

=(0.6A)2×60W×300s

=6480J已知電阻R、電壓U、時(shí)間t，求產(chǎn)生的熱量Q；求熱量則利用公式Q=

I2Rt

，而I未知，則先利用I=求IUR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?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。想想議議（p101）電熱的利用和防止1.電熱的利用利用電熱孵化器孵小雞電熱器都是利用電流的熱效應(yīng)工作的。用于加熱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。2.電熱的防止電腦的微型風(fēng)扇電視機(jī)的后蓋隨堂訓(xùn)練（2023.齊齊哈爾改編）將電能輸送到幾百千米之外的用戶，在輸電線上會(huì)有能量的損耗，這主要是由于電流的_____效應(yīng)引起的。某段輸電線路的總電阻為6Ω，輸送電流為100A，每輸電1min這段線路會(huì)損耗多少電能？熱解：損耗的電能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生的電熱：

W耗=Q=I2Rt=(100A)2×6Ω×60s=3.6×106J=1kW·h隨堂訓(xùn)練（2023.齊齊哈爾改編）將電能輸送到幾百千米之外的用戶，在輸電線上會(huì)有能量的損耗，這主要是由于電流的_____效應(yīng)引起的。某段輸電線路的總電阻為6Ω，輸送電流為100A，每輸電1min這段線路會(huì)損耗多少電能？思考：如何減少輸電線路上的能量損耗？熱已知：某發(fā)電站輸電功率為P，從發(fā)電站到用戶的輸電線路電阻為r,如何減小線路上的熱量損失？用戶發(fā)電站Pr功率一定，P=UI電壓越大，電流越小。減少熱量損失減小電流I減小電阻r成本高難度大成本小難度低截止到2021年，我國制定特高壓輸電國際標(biāo)準(zhǔn)14項(xiàng)、國家標(biāo)準(zhǔn)50項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)73項(xiàng)目。特高壓領(lǐng)域，中國制定的標(biāo)準(zhǔn)就是世界的標(biāo)準(zhǔn)。知識拓展：電能和電熱的關(guān)系電能：W=UIt熱量：Q=I2Rt純電阻電路：U=IR消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能I=URW=UIt=IR·It=I2Rt=Q=U2R電能W內(nèi)能Q機(jī)械能E電流扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)知識拓展：電能和電熱的關(guān)系電能：W=UIt熱量：Q=I2Rt非純電阻電路：W≠Q(mào)電風(fēng)扇W=Q+EUIt=I2Rt+E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1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：W總=UIt=220V×2A×60s=26400J線圈中產(chǎn)生的熱量：Q=I2Rt=(2A)2×5?×60s=1200J得到的機(jī)械能：W機(jī)=W總-